第3章

資源的環(huán)境特征編輯ppt材料與資源對材料的生產(chǎn)和使用而言，資源消耗是源頭，環(huán)境污染是末尾。材料的生產(chǎn)和使用與資源和環(huán)境有著密不可分的關(guān)系。編輯ppt3.1自然資源分類資源是指人類可以從自然界獲得并用于生產(chǎn)和生活的物質(zhì)。顯然，資源是自然環(huán)境的重要組成部分，故通常又稱為自然資源。編輯ppt3.1.1可耗竭資源定義：在任何對人類有意義的時間范圍內(nèi)，資源質(zhì)量保持不變，資源蘊(yùn)藏量不再增加的資源稱為可耗竭資源。編輯ppt(1)可回收的可耗竭資源

資源產(chǎn)品的效用喪失后，大部分物質(zhì)還能夠回收利用的可耗竭資源稱為可回收的可耗竭資源。主要指金屬等礦產(chǎn)資源，例如汽車報廢后，汽車上的廢鐵可以回收利用。資源的可回收利用程度是由經(jīng)濟(jì)條件所決定的。只有當(dāng)資源的回收利用成本低于新資源的開采成本時，回收利用才有可能。影響可耗竭資源開采量的因素有兩個：價格因素和技術(shù)進(jìn)步。編輯ppt(1)可回收的可耗竭資源可回收的可耗竭資源最終仍無法逃脫被耗竭的命運(yùn)，但耗竭的速率是可變的，它取決于市場需求、資源產(chǎn)品的耐用性和回收利用該產(chǎn)品的程度。需要強(qiáng)調(diào)的是：可回收的可耗竭資源不可能100%地循環(huán)利用。根據(jù)化學(xué)熱力學(xué)第二定律，“在一個封閉的系統(tǒng)內(nèi)，無限的內(nèi)循環(huán)是不可能的”。編輯ppt(2)不可回收的可耗竭資源

使用過程不可逆，且使用之后不能恢復(fù)原狀的可耗竭資源稱為不可回收的可耗竭資源。其主要指煤、石油、天然氣等能源資源，這類資源被使用后就被消耗掉了。由于不可回收的可耗竭資源使用過程的不可逆性，決定了使用機(jī)會只有一次。編輯ppt3.1.2可更新資源

能夠通過自然力以某一增長率保持或增加蘊(yùn)藏量的自然資源是可更新資源。例如太陽能、大氣、森林、魚類、農(nóng)作物以及各種野生動植物等。編輯ppt(1)可更新商品性資源

財(cái)產(chǎn)權(quán)可以確定，能夠被私人所有和享用，并能在市場上進(jìn)行交易的可更新資源是可更新商品性資源。例如，私人土地上的農(nóng)作物、森林等。編輯ppt(2)可更新公共物品資源不為任何特定的個人所有，但是卻能為任何人所享用的可更新資源是可更新公共物品資源。如公海魚類資源、物種、空氣等。特征：消費(fèi)具有不可分性或無競爭性，是指某人對某物品的消費(fèi)完全不會減少或干擾他人對同一物品的消費(fèi)；再是消費(fèi)無排他性，指不能阻止任何人免費(fèi)消費(fèi)該物品。編輯ppt公共物品的可更新資源的非專有性屬于公共物品的可更新資源是非專有的，非專有性是財(cái)產(chǎn)權(quán)的一種減弱，它將導(dǎo)致低效率。這種配制的結(jié)果是可更新資源過度開發(fā)，以及在管理、保護(hù)和提高生產(chǎn)能力方面投資不足。編輯ppt3.2自然資源的蘊(yùn)藏量

3.2.1已探明儲量已探明儲量是利用現(xiàn)有的技術(shù)條件、資源位置、數(shù)量和質(zhì)量可以得到明確證實(shí)的儲量。又分為：（1）采儲量：為在目前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平下有開采價值的資源。（2）待開采儲量：定義為儲量雖已探明，但由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制，尚不具備開采價值的資源。編輯ppt3.2.2未探明儲量未探明儲量是指目前尚未探明但可以根據(jù)科學(xué)理論推測其存在或應(yīng)當(dāng)存在的資源，分為：（1）測存在的儲量：可以根據(jù)現(xiàn)有科學(xué)理論推測其存在的資源。（2）應(yīng)當(dāng)存在的資源：今后由于科學(xué)的發(fā)展可以推測其存在的資源。編輯ppt3.2.3蘊(yùn)藏量資源蘊(yùn)藏量等于已探明儲量與未探明儲量之和，是指地球上所有資源儲量的總和。因?yàn)閮r格與資源蘊(yùn)藏量的大小無關(guān)，所以蘊(yùn)藏量是一個物質(zhì)概念而非經(jīng)濟(jì)概念。對于可耗竭資源來說，蘊(yùn)藏量是絕對減少的；對于可更新資源來說，蘊(yùn)藏量是一個可變量。這個概念之所以重要，是因?yàn)樗碇厍蛏纤杏杏觅Y源的最高極限。編輯ppt3.2.4三個重要的物質(zhì)循環(huán)

自然界內(nèi)處于千變?nèi)f化中的物質(zhì)欲維持質(zhì)量——能量守恒，只有通過物質(zhì)的循環(huán)來實(shí)現(xiàn)。一旦物質(zhì)循環(huán)的程序局部發(fā)生故障，即發(fā)生環(huán)境污染，則整個自然系統(tǒng)就要遭到破壞。其中碳循環(huán)、氮循環(huán)、氧循環(huán)是三個最重要的循環(huán)。編輯ppt(1)碳循環(huán)：碳是構(gòu)成有機(jī)物質(zhì)的中心元素和構(gòu)成地殼巖石及礦物燃料（煤和石油）的主要成分，也是構(gòu)成各種材料，例如鋼鐵材料、高分子材料或陶瓷材料的基本元素之一。碳在鋼鐵中以間隙原子的形式和化合物的形式存在，是鋼鐵材料的一個重要化學(xué)元素和強(qiáng)化元素。編輯ppt(1)碳循環(huán)：在自然環(huán)境內(nèi)，碳的循環(huán)主要是通過二氧化碳來進(jìn)行的。由動物呼吸或礦物燃料的燃燒生成二氧化碳并放出熱量。在生物圈中二氧化碳的循環(huán)（亦構(gòu)成氧循環(huán)的一部分）主要表現(xiàn)在光合反應(yīng)中。反應(yīng)：6CO2+6H2O+2822J→C6H12O6+6O2編輯ppt(1)碳循環(huán)：碳循環(huán)始于CO2經(jīng)綠色植物光合作用固定，以各種碳化物的形式儲存，經(jīng)過營養(yǎng)級的傳遞、分解，有一部分經(jīng)過動植物的呼吸作用及動植物尸殘體的分解轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2，回歸到大氣中去；另一部分轉(zhuǎn)入土壤或地下深層，經(jīng)過漫長的演化轉(zhuǎn)變成礦物。由于礦物燃料的燃燒，人類已經(jīng)在全球尺度上影響CO2的生物地球化學(xué)循環(huán)，每年排放到大氣中的CO2總量與日俱增，導(dǎo)致了地球表面熱量不斷積累，破壞了原來的熱量平衡，形成“溫室效應(yīng)”。編輯ppt(1)碳循環(huán)：編輯ppt(2)氮循環(huán)氮是構(gòu)成蛋白質(zhì)的主要元素，而所有生物體內(nèi)均含有蛋白質(zhì)，所以氮的循環(huán)涉及到自然界的各個領(lǐng)域。氮在材料工業(yè)中也起著重要作用。例如氮在鐵中以間隙原子的形式和化合物的形式存在，是鋼鐵材料中的一個重要強(qiáng)化元素。同時氮還是金屬基復(fù)合材料的一個強(qiáng)化相的組成元素，如AlN，TiN等等。編輯ppt(2)氮循環(huán)氮與碳不同，氮是一個變價元素，它有多種價態(tài)，如：+5，+3，+1，-1，-3等。這使得氮的循環(huán)通過各種價態(tài)化合物組成復(fù)雜的途徑。編輯ppt(2)氮循環(huán)盡管大氣圈中的分子態(tài)氮N2約占大氣組成的79%（v/v），但是分子態(tài)氮對于生命是無效的。只有通過各種反應(yīng)將N2轉(zhuǎn)化成其它形態(tài)后，氮才能顯示出生命活力。因此，氮與人類的生存密切相關(guān)。編輯ppt(2)氮循環(huán)在生物圈中氮的循環(huán)基本模式是植物吸收N2經(jīng)生物固氮作用形成硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨、氨基酸，進(jìn)而合成蛋白質(zhì)和核酸，并和其他化合物進(jìn)一步合成為植物有機(jī)體。除生物固氮以外，閃電和宇宙射線也能使氮被氧化成硝酸鹽。食物鏈中成員的分解產(chǎn)物、排泄物在細(xì)菌的作用下轉(zhuǎn)變成氨，亞硝化細(xì)菌把氨轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，硝化細(xì)菌又進(jìn)一步將亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，在循環(huán)的末端，反硝化細(xì)菌把硝酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿討B(tài)氮，又重新返回大氣。編輯ppt(2)氮循環(huán)在自然界中，氮的化合物傾向于還原狀態(tài)，常常存在于和氫化合的物質(zhì)中，而較少存在于氧化狀態(tài)。然而由于工業(yè)生產(chǎn)和人為原因帶進(jìn)環(huán)境中的氮幾乎都是氧化狀態(tài)，如NO，N2O等。編輯ppt(2)氮循環(huán)保持環(huán)境中氮氧化物的低濃度，對于自然界的平衡和生態(tài)系統(tǒng)的安全是非常重要的。由于礦物燃料燃燒及工業(yè)生產(chǎn)活動強(qiáng)度的日益劇增，使氮的循環(huán)受到了嚴(yán)重的干擾。目前，大氣中的NO2以每年0.2～0.3%的速度增加，NO2的凈增量每年達(dá)到了4×1012mol。編輯ppt(2)氮循環(huán)編輯ppt(2)氮循環(huán)氮在自然循環(huán)中的不平衡，將給生態(tài)系統(tǒng)帶來極其嚴(yán)重的惡果。首先是因硝酸鹽過量而污染天然水體，造成水體的富營養(yǎng)化，藻類過量繁殖。其次是硝酸鹽對人類和動物生存的潛在危害。硝酸鹽被人或動物攝取后，在細(xì)菌的作用下可能轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽。而亞硝酸鹽除了能同血液中的紅血球結(jié)合而破壞血液的輸氧能力之外，還會同食物中的某些有機(jī)化合物起反應(yīng)生成有致癌作用的亞硝胺化合物。氣態(tài)的氮氧化物幾乎都是劇毒性物質(zhì)，在太陽輻射下還會與碳?xì)浠锓磻?yīng)形成光化學(xué)煙霧。編輯ppt(3)氧循環(huán)正是由于氧在自然界中有巨大的含量及其活潑性的特征，致使環(huán)境中無處無氧（游離態(tài)或化合態(tài)），所以氧在自然界中的循環(huán)是非常復(fù)雜的。在前面所述的兩種循環(huán)中均有氧的參與，也構(gòu)成了氧循環(huán)的一部分。編輯ppt氧循環(huán)編輯ppt氧循環(huán)在自然界中參與上述循環(huán)的碳、氮、氧實(shí)際上僅為其總量的幾分之一，而大部分則儲存在各自的“儲庫”之中。例如海洋是H2O的總儲庫，地殼的巖石為C和O的總儲庫，大氣則為氮的總儲庫。因?yàn)閰⑴c循環(huán)的物質(zhì)量相對其總量而言是極少的，所以各種物質(zhì)循環(huán)一周所需的時間很長。且由于各類物質(zhì)總儲存量的不同，它們的循環(huán)周期的長短差別也很明顯。編輯ppt氧循環(huán)據(jù)估計(jì)，水、氧和二氧化碳在四個圈層中的循環(huán)情況是：所有地球上的水被植物的光合作用所分解，到再次由于動植物細(xì)胞的生物氧化而生成，約需時間200萬年。在此過程中產(chǎn)生的氧進(jìn)入大氣并約在2000年內(nèi)進(jìn)行再循環(huán)。CO2為動植物細(xì)胞所呼出并進(jìn)入大氣中，平均停留300年，再被植物細(xì)胞固定。編輯ppt水、氧和二氧化碳的循環(huán)編輯ppt3.3能源消耗與環(huán)境能源是人類賴以生存和發(fā)展的不可缺少的物質(zhì)基礎(chǔ)，是材料生產(chǎn)的要素。目前人類使用的能源，特別是不可再生能源卻是有限的，甚至是稀缺的。能源在不同程度上制約著人類社會的發(fā)展。由于利用方式的不合理，能源利用在不同程度上損害著地球環(huán)境，甚至威脅到人類自身的生存。編輯ppt3.3.1能源的分類能源是指提供可用能量的資源，其種類繁多，一類是比較集中且容易轉(zhuǎn)化的含能物質(zhì)，稱含能體燃料（燃料能源），如煤炭、石油、天然氣、沼氣、氫等；另一類是可以利用的能量過程（非燃料能源），如太陽輻射、風(fēng)力，潮汐等。編輯ppt能源的分類編輯ppt能源的分類編輯ppt能源的分類第一類能源：來自地球以外，主要來自太陽輻射，也包括太陽能轉(zhuǎn)化而成的礦物能源（煤炭、石油、天然氣）。第二類能源：來自地球內(nèi)部，如地?zé)?、核能。第三類能源：來自地球和其他天體的運(yùn)動作用，如風(fēng)能，潮汐能，水能。編輯ppt3.3.2能源的利用與環(huán)境問題1)資源的枯竭能源利用推動了人類文明的發(fā)展。一個世紀(jì)以前，非商品能源（薪柴、農(nóng)業(yè)廢料和動物糞便等）占全部使用能源的52%，隨后其分額即日趨下降。19世紀(jì)末20世紀(jì)初，煤炭成為其主要能源；20世紀(jì)中葉以后，進(jìn)入了以石油、天然氣為主要能源的時代，核能也得到一定的發(fā)展。到1970年，油、氣占商品能源消費(fèi)總量的64%。70年代以后，由于石油價格的上漲，石油的分額從1970年的46%降至1990年的36%，但石油仍是主要的商品能源之一。編輯ppt資源的枯竭編輯ppt資源的枯竭編輯ppt資源的枯竭石油儲量中東地區(qū)占66.4%，超過了一半，中南美12.4%，非洲6.2%；天然氣儲量的分布，前蘇聯(lián)地區(qū)約40%，中東30%;煤炭的可開采年數(shù)相對較長，為219年。主要分布區(qū)域?yàn)槊绹?，前蘇聯(lián)地區(qū),中國和澳大利亞，分布區(qū)域較廣，其資源壽命也比較長。編輯ppt資源的枯竭編輯ppt資源的枯竭據(jù)預(yù)測，OECD（經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織）各國的能源總需求將以年約1.3%的增長率增加，前蘇聯(lián)地區(qū)及中、東歐居中，其他國家約4%的增長率增長，預(yù)計(jì)每人的能源消耗（換算為石油，單位噸）將由1990年的1.55噸增加到2010年的1.71噸。編輯ppt2)能源的利用與環(huán)境公害事件

生產(chǎn)力是社會進(jìn)步的動力,而生產(chǎn)力的進(jìn)步在很大程度上依靠能源利用的不斷進(jìn)步。在近代工業(yè)化革命短短的一二百年中，工業(yè)生產(chǎn)增加了50倍，礦物燃料的消耗也增加了30倍。更重要的是，人類創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富能力的80%是在20世紀(jì)50年代以后產(chǎn)生的，人類消耗礦物燃料的能力60%也是在50年代以后產(chǎn)生的。編輯ppt與能源消費(fèi)有關(guān)的環(huán)境事件編輯ppt人類對能源利用的認(rèn)識（1）在較低水平上的可持續(xù)使用階段。在人類進(jìn)入工業(yè)化時代以前，能源的消耗還比較少。（2）能源，毫不節(jié)制的消耗階段。工業(yè)革命之后，人類對能源的開發(fā)和利用有了巨大的變化，原始森林的急劇減少、大規(guī)模開發(fā)利用煤炭以及低廉的石油有力地支持了二戰(zhàn)之后一大批老牌工業(yè)化國家的復(fù)興和一大批新興工業(yè)化國家的興起。這一時期人類對能源的開發(fā)和利用可以說是掠奪性的。編輯ppt人類對能源利用的認(rèn)識（3）珍惜使用即將枯竭的能源資源階段。1973年和1979年兩次石油危機(jī)，導(dǎo)致了世界性的經(jīng)濟(jì)危機(jī)，人類突然意識到礦物燃料總會有枯竭的那一天。（4）即使能源資源不會枯竭，環(huán)境容量也要求人類對自己的能源消費(fèi)行為加以限制階段。人們對氣候變化的不斷關(guān)注，從而意識到能源與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要性。如果人類不對毫無節(jié)制的能源消費(fèi)行為加以控制，環(huán)境容量將先于能源資源而枯竭。因此，對能源的利用應(yīng)該首先限制在環(huán)境容量允許的范圍之內(nèi)，否則發(fā)展難以為繼。編輯ppt3.4中國的能源利用問題與對策

3.4.1能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)編輯ppt能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)編輯ppt能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)編輯ppt能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)能源消費(fèi)的行業(yè)結(jié)構(gòu)中,運(yùn)輸業(yè)是發(fā)達(dá)國家主要的能源消費(fèi)行業(yè)之一,平均約占30%。發(fā)達(dá)國家的機(jī)動車占有水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)展中國家,1992年,每1000人汽車擁有量,美國約550輛，西歐200～400輛，非洲9輛，印度2輛，中國0.4輛（2007年6月，私人汽車保有量為1300多萬輛，達(dá)到10輛/千人）商品能源的消費(fèi)主要集中在經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)國家及前蘇聯(lián)和東歐。1990年，這些國家合計(jì)占世界人口的22%，卻消費(fèi)了全世界商品能源的約82%，按人均計(jì)，高收入國家的消費(fèi)量比低收入國家居民的消費(fèi)量高15倍。編輯ppt中國快速增長的汽車銷售2010年前8個月，我國的國內(nèi)汽車銷售近1200萬輛，同比增長超過39%。預(yù)計(jì)2010年中國汽車銷售將達(dá)1700萬輛。這意味著中國新車銷量，已達(dá)到美國的歷史最高水平了。2009年2月起中國汽車銷量就超越美國；汽車第一大國易幟中國編輯ppt巨大的發(fā)展空間按照人均汽車保有量，中國2009年為47.8輛/千人，相當(dāng)于美國1917年、日本1964年、韓國1988年的水平。即使中國未來發(fā)展速度減緩，在較長時間里達(dá)不到美日韓的水平，只達(dá)到世界平均水平，比如達(dá)到2007年全球144輛/千人的水平，目前的產(chǎn)銷量也必須翻上一番。而長期看，假如中國汽車的保有量達(dá)到日本現(xiàn)有水平，最終穩(wěn)定的年銷量約為4800萬輛；若達(dá)到美國現(xiàn)有水平，最終穩(wěn)定的年銷量則高達(dá)6600萬輛，則可以斷定中國汽車業(yè)未來增長2倍，乃至3倍都是有可靠依據(jù)的。編輯ppt漫長的道路以土地、人口和能源等資源平均占有的國情來比較，中國將來的汽車消費(fèi)水平和日本相仿，是有理由能夠達(dá)到的。這個未來，大約需要多少時間呢？從1960年開始，經(jīng)歷了50年長期增長，日本的汽車銷量增長大約從40輛/千人增長到60輛/千人，保有量從100輛/千人增加到450輛/千人?，F(xiàn)已接近頂點(diǎn)(2008年日本轎車保有量已達(dá)到454.6輛/千人，與美國接近)編輯ppt45年之路參照日本汽車保有量和銷量的增長速度，對比中國2009年和2010年超過45%的銷量，中國汽車銷量到2020年將達(dá)5100萬輛的峰值，汽車保有量將達(dá)到3.7億輛。此后的汽車發(fā)展速度可能會稍稍減緩，但到2055年前后，我國汽車銷量或?qū)⒆罱K穩(wěn)定在4800萬輛左右，相應(yīng)產(chǎn)量也能維持在5000萬輛左右。屆時，我國的汽車消費(fèi)水平基本和目前的日本相當(dāng)。這是一個建立在當(dāng)下健康、安全和正常環(huán)境下的基本分析。簡言之，我們還需要45年（從2010年）以上，才能達(dá)到日本今天的汽車消費(fèi)水平。這可是一個今年23歲大學(xué)畢業(yè)生，到那時就要退休的漫長年月。編輯ppt不可承受之重即使有了那么多的車，有了那么多人消費(fèi)汽車，與汽車相適應(yīng)的社會環(huán)境，比如制度、比如文化、比如資源的配置，我們都能在45年內(nèi)同步發(fā)展起來嗎？所有的大中小城市都因此成為“大堵場”，空氣更糟了，生活質(zhì)量都下來了，那會是怎樣的場景？編輯ppt能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)編輯ppt能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)編輯ppt我國能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)（1）中國是世界上少數(shù)幾個以煤為主要原料的國家之一，1994年煤占能源消費(fèi)量的76%，這種能源結(jié)構(gòu)面臨著運(yùn)輸和環(huán)境的巨大挑戰(zhàn)。（2）廣大農(nóng)村地區(qū)的家庭能源消耗主要靠柴薪、作物秸桿和動物糞便，造成嚴(yán)重的環(huán)境后果。（3）能源總量不低，但人均儲量少。（4）能源與經(jīng)濟(jì)的布局很不匹配，近80%的能源資源分布在西部和北部，但60%的能源消費(fèi)卻在東南部。（5）能源供應(yīng)的不足與浪費(fèi)并存，能耗很高。每單位產(chǎn)值的能耗大約是發(fā)達(dá)國家的3～10倍。（6）經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和社會生活主要依靠本國的能源資源。編輯ppt我國能源結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)截止到1991年底，中國煤炭累計(jì)探明儲量為9856.72億t,保存儲量為9667.05億t,石油的探明儲量為32.78億t,天然氣為9990億m3,在探明的礦物能源中,煤炭占96%,這就決定了在相當(dāng)長的時期內(nèi),煤炭在中國的能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中仍占主導(dǎo)地位。編輯ppt3.4.2中國的能源與環(huán)境中國能源消費(fèi)特點(diǎn)：(1)煤炭在中國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占76%，1995年煤炭消費(fèi)量達(dá)到12.8億t，居世界第一位。(2)煤炭的質(zhì)量較差，動力煤實(shí)際灰份為27%左右，全硫平均含量在1.1～1.2%,硫份大于1.5%的煤炭超過20%。(3)中國消費(fèi)煤炭經(jīng)過洗選的比例很低。1995年，入洗率僅為20左右，主要供應(yīng)煉焦和化工行業(yè)作燃料。(4)煤炭發(fā)電和燃燒過程的污染治理仍處于較低水平。1995年火力發(fā)電平均除塵效率已超過96%，但脫硫、脫碳等控制污染的行動還處于示范階段。編輯ppt3.5材料的生產(chǎn)和使用對資源

和環(huán)境的影響在材料的生產(chǎn)和使用過程中，資源消耗一般可分為直接消耗和間接消耗兩類。直接消耗指將資源直接用于材料的生產(chǎn)和使用。