能源与环境催化论文

能源与环境催化论文（共5篇）

能源与环境催化论文 篇1

吸附量热能够直接影响以及控制催化剂和催化反应的活性, 加速反应速率, 以及提升转化率。通过增加能源的利用率和污染物质的吸收能力以及处理能力, 能够有效控制能源的使用情况, 同时减少对环境造成的污染, 对于进一步推进我国工业发展有直接的效果, 同时也可以起到实际的缓和环境污染的作用。由此可见, 进行能源与环境催化研究中的吸附量热应用研究是非常必要的。

1 能源和环境催化研究

能源和环境问题逐渐尖锐化是现今社会的一个主要现象, 也是现今亟待解决的问题, 针对这一现状进行研究的内容较多, 研究的方向不一, 所达到的效果也不一致, 其中研究较为突出的一个方向就是催化, 包括能源催化以及环境催化。能源催化就是利用各种类型的催化剂将能源进行形态转变、提纯等处理, 不同类型的能源所采取的催化剂、催化材料以及进行的催化过程都存在较大的差异。环境催化就是针对环境污染以及环境中存在的、不利环境发展的问题, 利用各种催化剂、催化材料进行不同催化反应来控制以及缓和。能源和环境催化研究的主要意义在于能够利用最为简便的方式, 对成本以及材料等提出的要求相对较小, 达到的效果相对较高, 并且能够直接确定研究的方向, 减少研究过程中因方向把握错误而引发的问题, 缩短研究的时间, 同时减少研究的费用。催化研究的主要方向就是吸附量热, 根据吸附量热这一性质, 进行各种条件的控制, 进行催化材料的选择是完成研究的较为有效便捷的一种方式[1]。

2 能源和环境催化研究的吸附量热应用研究难点

在能源与环境催化研究过程中, 较为难以控制的一个因素就是催化的具体速率以及催化的活性控制。如果无法将催化剂的催化效果在具体时间内控制在具体的范围, 无法把握催化剂作用的主要位置、主要时段、能源与环境催化的难以控制等, 将会直接影响能源与环境处理中达到的最终效果, 导致能源与环境催化过程中出现的一些问题无法得到有效的控制, 对于进一步加强能源的有效利用以及改善环境污染等都会起到不良影响。为解决这一问题, 必须进行催化研究中的吸附量热方面的研究。目前, 该方面的研究还处于不断推进过程中, 存在着较多的问题, 影响其研究的进一步开展, 主要包括催化剂的种类较多、能源与环境需要处理解决的问题较多、催化过程中易受到各种因素的影响, 对于该方面研究所使用的技术较为不稳定等多种原因[2]。

2.1 研究的复杂性

能源和环境问题较多, 种类较为复杂, 需要处理以及解决的对象不一致, 在此过程中, 发生的反应以及应用的催化剂种类不一致, 这给吸附量热的研究造成一定的负担以及影响, 无法形成一个稳定的调整模式或者一个能够适用各种环境的公式, 总结而言就是由于研究的复杂性, 造成催化过程中吸附量热的无法确定以及无法进行统一化研究。在此过程中主要受到的影响就是温度、湿度、催化反应条件、p H、能源处理方式、能源种类、催化剂种类以及环境问题严重性等等, 因为这些因素之间的不统一性, 会发生成千上万种可能性, 导致能源与环境的催化活性中心不一致, 吸附量热的研究方向以及研究材料也不一致, 吸附量热无法在有限的时间内较为精确的获取, 进而无法进行定量的控制以及调整活性中心, 催化反应的控制效果较低, 能源问题以及环境问题的解决效果更不理想。

2.2 研究技术以及人员支持的低配性

能源与环境催化研究中的吸附量热应用研究进展缓慢的一个原因就是技术上的支持欠缺, 以及人员上的支持不足。具体体现就是在该方面研究过程中, 需要各种精密的仪器, 需要各种设备的协调合作, 对设备、器械技术的先进性要求较高, 但是现今我国该方面技术无法支持这一要求, 无法满足该项研究的需求。对于进一步推动我国能源节约发展, 提高能源利用率, 缓解环境污染较为不利[3]。

3 能源和环境催化研究中的吸附量热应用分析

3.1 能源和环境催化研究中的吸附量热应用之增加催化剂的应用范围

能源和环境研究中发现:同种催化剂在不同反应中所表现出来的活性不同, 所进行的催化效率以及催化作用存在一定的差异。简单来说就是不同反应条件下, 由于反应的主体不同, 反应的量不同, 反应的材料不同, 以及反应的条件不同, 导致活性中心出现相应的差距。对于进一步推动催化剂的发展较为不利, 同时也无法进行催化剂作用的有效控制。针对这一问题, 催化研究中的吸附量热所发挥的主要作用就是对催化剂所有性质进行全面分析调查, 进行数据的记录, 确定其中主要影响催化效率、发生催化反应的核心物质, 进行该种催化剂制备方式的调整, 从而提高催化剂的催化效率以及催化范围, 减少各因素对于活性中心的影响, 提升催化剂的应用范围, 将成本较低以及效果较高的催化剂进行应用, 减少该方面研究的成本, 提高研究的进展速度[4]。

3.2 能源和环境催化研究中的吸附量热应用之调整催化剂适用条件

能源和环境催化研究中的吸附量热应用另一个方向就是调整催化剂的应用范围, 在各种类型的催化剂使用过程中, 所需要的反应条件各不相同, 对于设备的要求以及对于成本的要求相对较高, 为促进能源和环境催化的进一步发展, 进一步推动能源问题以及环境问题的解决, 就需要降低催化剂的环境要求。对于某些特定的反应需要使用特定的催化剂。吸附量热在该情况中所发挥的主要作用以及应用方向就是通过对催化剂中加入其它物质进行研究, 进行催化剂的高活性、低条件研究, 降低吸附性对于催化剂的影响, 进一步降低催化剂对于温度以及压力的需求。

4 结论

能源和环境催化研究中的吸附量热应用范围较多, 并且所发挥的作用极为重要, 加强这方面的研究具有非常重要的意义, 同时也具有极其广泛的发展空间。

参考文献

[1]李林, 林坚, 王晓东等.能源和环境催化研究中的吸附量热应用[C]//中国化学会第三届全国热分析动力学与热动力学学术会议暨江苏省第三届热分析技术研讨会论文集, 2011:127.

[2]于萍.悬浮/细乳液聚合法构建微纳米复合材料及其对酚类污染物的吸附行为和分离机理研究[J].江苏大学学报, 2015.

[3]任建莉, 周劲松, 骆仲泱等.活性碳吸附烟气中气态汞的试验研究[J].中国电机工程学报, 2004, 24 (2) :171-175.

[4]向中华.面向化工能源与环境的纳米多孔材料的分子设计及定向制备[J].北京化工大学学报, 2013.

能源与环境催化论文 篇2

能源利用与环境保护

——煤炭利用过程的节能减排潜力研究

绪论

随着生产力的不断发展，环境问题已成为人们共同面临的挑战。煤炭在燃烧过程中会产生二氧化硫等有毒气体和二氧化碳等温室气体，这些气体的排放，会加重雾霾天气的形成并影响全球气候变暖，严重威胁着人类的生存和发展。经济的快速发展使得能源的需求不断增加，2012年我国煤炭消费量占能源消费总量的比重为66.6%，说明我国是一个以煤炭为主的能源国家，并且据有关部门预测，在未来很长一段时间内，我国以煤炭为主的能源结构仍将继续存在[1]。为了满足经济发展的需要，我国的煤炭产量逐年增加，从1978到2012年，煤炭的生产总量从44127.31万吨标准煤增长到253863.72万吨标准煤，煤炭工业在我国的国民经济建设中发挥着重要作用。然而，煤炭在促进经济发展的同时，带来了严重的环境污染。煤炭在开采过程中，会产生矿井水等工业废水，矿井水排出会破坏周围的生活环境和污染河流；煤炭开采后，如果不及时填充采空区，会造成地表沉陷，损害矿区的地表植被，加剧水土流失；煤炭在生产和燃烧过程中，也会产生瓦斯和其他有害气体、煤矸石、煤灰等工业固体废物。煤矸石含碳量低，平均每采10吨煤，就会产生1.5吨的煤矸石，长期堆积会引起自燃。另外，煤炭在燃烧过程中，会产生细小颗粒物，加速雾霾天气的出现次数，直接影响社会可持续发展和人们的身体健康。早在2012年底我国政府发布的《重点区域大气污染防治“十二五规划”》提出重点解决PM2.5污染问题，严格控制主要污染物新增排放量，并提出与2010年相比，到2015年京津冀、长三角、珠三角区域PM2.5浓度下降6%的目标。2013年9月《大气污染防治行动计划》的正式发布，更是明确了通过5年改善全国空气质量、较大幅度减少重污染天气的目标。这些充分显示了当前我国的环境污染问题开始变得严重，尤其是2013年入冬以来，雾霾天气越来越频繁，持续时间也越来越长。当前，煤炭燃烧带来的二氧化碳排放占我国能源总碳排放的80%以上，二氧化硫排放占我国二氧化硫总排放量的90%以上，氮氧化物约为50%，对环境尤其是大气环境造成了深远的影响[2]。

2011年3月全国人大通过的《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》，将应对气候变化正式纳入了中长期规划。该《纲要》将单位GDP能源消耗量、单位GDP二氧化碳分别降低16%、17%，主要污染物排放明显减少，其中SO2、NOX排放分别减少8%、10%等作为约束性指标，并提出控制温室气体排放、加强应对气候变化方面的国际合作等任务。2012年3月国家发改委发布《煤炭工业发展“十二五”规划》，提出鼓励发展大型煤化工和煤炭转化技术，煤层气抽采综合利用，煤气共采、煤矸石综合利用等，大力发展洁净煤技术。因此，如何实现我国的碳减排承诺，改善环境污染，是我国政府和煤炭企业不得不面对的问题。

本文从煤炭利用方面进行研究，分析我国的煤炭资源在利用过程中对废气、二氧化硫、烟尘粉尘造成的影响程度和因果关系，并且提出改善环境问题的实现路径是节能减排，研究了煤炭利用节能减排的潜力。因此，研究煤炭利用的环境影响和节能减排潜力，对于实现我国的碳减排承诺，解决环境污染问题，积极发展煤炭技术和碳减排技术，促进我国经济的持续快速发展有着重要的意义。

环境概论

原理：

本文是煤炭利用的节能减排潜力研究，文中以火电行业为例介绍我国燃煤行业煤炭利用环节的能耗现状，通过燃煤发电能耗指标、燃煤供电能耗指标分析火电行业的国内外能耗差距，并推算我国燃煤行业在煤炭利用环节可以节约多少标准煤，减少多少CO2、SO2以及烟尘粉尘，分析我国燃煤行业的节能减排潜力，为解决环境问题提供了实现路径；

煤炭利用的节能减排潜力研究：以火电行业和钢铁行业为例

火电行业的能耗现状

二十一世纪以来，我国电力行业发展迅速，电力装机容量增长很快，在表4.1中可以看出，我国的火电装机容量占整个装机容量的70%以上，虽然近几年有所下降，但是2012年仍然达到71.55%。在表4.2中可以看出，我国的火电发电量占总发电量的比重一直在80%以上，直到2012年才下降到78.57%。2013年我国发电量为53975.9亿千瓦小时，火电为42358.7亿千瓦时，占我国发电量的78.48%。与此同时我国发电装机容量首次超过美国成为世界第一，达到124738万千瓦，其中火电装机容量86238万千瓦，占总发电装机容量的69.14%。因此，了解我国火力发电的能耗处于什么水平，节能减排潜力有多大，是火力发电节能工作者不能回避的问题[3]，也是煤炭高效利用工作者不能回避的问题。

代百乾等通过灰色系统GM（1.1）模型对我国火电煤耗、二氧化碳、二氧化硫的排放前景进行预测，发现我国火力发电行业有巨大的减排潜力[4]。汤庆合认为煤电的能源消耗高、单位电力的二氧化碳排放系数最大，由于不需要消耗化石燃料，核电和可再生能源发电在低碳经济发展中受到欢迎。而黄毅诚指出通过改变电源结构，发展核电、水电、风电等，降低燃煤发电占总发电量的比例，可以降低二氧化碳排放量，但是考虑到我国“富煤、少气、缺油”的能源特点，燃煤发电在今后相当一段时间内仍将占主力地位，因此当前应该降低发电煤耗，实现用现有的煤多发电。当前我国的电源结构包括水电、火电、核电、风电，以火电为主，而在火电中包括燃煤发电、燃油发电、燃气发电，以燃煤发电为主。但是燃煤电厂的大量存在给环境带来了巨大的压力，为了适应节能减排的政策要求，各地针对小火电纷纷实施有计划的关停政策，监管部门鼓励建设超临界、超超临界大容量、高效能燃煤机组，同时鼓励电厂脱硫等环保项目。

火电行业的能耗比较

从1990年以来，随着大容量机组的持续增加、小火电机组的关停和节能管理技术的实施，我国的火力发电煤耗水平正在逐年下降，图4.2可以看出二十几年来我国6000kw及以上火电厂发电供电煤耗在大幅度下降，1990年发电煤耗为392克标准煤/千瓦时，2012年发电煤耗为305克标准煤/千瓦时，降低幅度为87克标准煤/千瓦时，降低率为22.19%。同样供电煤耗也从1990年的427克标准煤/千瓦时降到326克标准煤/千瓦时，降低幅度为101克标准煤/千瓦时，降低率为23.65%。根据中国电力企业联合会统计，2013年我国火电机组供电煤耗将达到321克标准煤/千瓦小时。这与我国的节能降耗政策分不开，与我国电力企业燃煤发电技术的改进分不开。

尽管我国的燃煤发电能耗在降低，但是与国外相比还是存在很大的差距，尤

环境概论

其是与日本的发电煤耗相比，2012年我国的发电煤耗为305克标准煤/千瓦时，在表4.3中可以看到，日本的发电煤耗为295克标准煤/千瓦时，相差10克标准煤/千瓦时，这说明我国与日本在发电煤耗方面存在一定的差距，我国的煤炭利用率比较低。

图 1 1990-2012年我国的发电供电煤耗率

表 1 日本发电供电煤耗

火电行业的节能潜力 发电煤耗是指发电厂每生产1kwh的电能所消耗的标准煤量。发电厂生产的电能，自身需要消耗掉一部分，剩余的才供给用户。为此，供电煤耗是指发电厂每供出1kwh电能所消耗的标准煤量。根据原电力工业部《火力发电厂按入炉煤量正平衡计算发供电煤耗的方法》规定：煤耗是考核机组运行性能最主要的指标之一，火电厂发供电煤耗统一以入炉煤计算煤量和入炉煤机械取样分析低位发热量为基础，按正平衡计算。反平衡计算煤耗的结果，可以用来分析机组运行的不足，为机组性能改善提供依据。以下为发电煤耗和供电煤耗的公式：

第一种：正平衡煤耗的计算

式中：

表示发电标准煤耗，单位为克每千瓦时（g/kwh）； b f 表示统计期内耗用标准煤量，单位为吨（t）； B b 表示统计期内发电量，单位为千瓦时（kwh）；W f

由于火力发电燃料主要是煤、油和气等，因此火力发电供电煤耗率又可按以

环境概论

下公式计算：

式中：

b f表示发电标准煤耗，单位为克每千瓦时（g/kwh）；

c表示电厂效率，单位为百分数（%）

在我国，发电煤耗是指6000kw及以上的火力发电煤耗，2012年我国6000kw及以上的火电发电量为39160.03亿千瓦时，其中各个部分的发电量见表4.4，发电煤耗为305克标准煤/千瓦时，所以火电消耗的煤炭为119438.09万吨标准煤，而2012年燃煤发电消耗的煤炭是114770万吨标准煤，占全部火电标准煤的96.09%。《行业节能减排技术与能耗考核》书中提到2010年我国火电厂的供电标准限额为389克标准煤/千瓦时，供电标准定额为330克标准煤/千瓦时，按照2010年6000kw及以上火力发电的厂用电率6.33%计算得到发电限额为364.38克标准煤/千瓦时，发电定额为309.11克标准煤/千瓦时。千瓦时。为此，可以得出以下结论：

（1）2012年我国的发电煤耗未超过我国2010年的发电限额和发电定额，而2010年我国的发电煤耗为312克标准煤/千瓦时，超过了我国的发电定额，这说明我国的发电煤耗水平和发电利用效率在不断提高，同时说明我国火电厂“上大压小”的政策实施效果明显，为此，我国政府应该综合考虑实际情况制定我国各年的发电标准煤限额。

（2）我国的发电煤耗与日本相比，二者相差10克标准煤/千瓦小时，这说明我国与日本的燃煤发电技术存在一定的差距，我国的节能潜力较大。在发电量一定的情况下，如果按照2012年日本的先进水平进行测算，那么我国可以节约3916万吨标准煤，其中在燃煤发电环节可以节约3762.89万吨标准煤。

表 2

2011和2012年我国6000千瓦以上的火电发电量

环境概论

火电行业的减排潜力

根据王佳在博士论文《中国地区碳不平等：测度及影响因素》提到的对CO2的估计方法，本文估计了由于煤炭消费所产生的CO2。主要考虑了《中国能源统计年鉴》中的原煤、洗精煤、其他洗煤、型煤，由于“我国能源平衡表（实物量）”中，“终端能源消费量”没有包括火力发电、供热等环节的能源消费，而“可供本地区消费的能源消费量”会重复计算一次能源生产加工的产品，因此，本文采取了“终端能源消费量”“火力发电”“供热”及“平衡差额”的加总。二氧化碳的计算公式如下：

式中：

CE为煤炭消费的CO2排放总量； 为第j种煤炭的消费量。A j 煤炭的CO2排放系数见下表：

表 3 煤炭的CO2排放系数

通过计算可以得到2012年二氧化碳的排放量为582384.2万吨。同时2012年我国二氧化硫的排放量为2117.63万吨，烟粉尘排放量为1235.77万吨，煤炭消费量为240913.51万吨标准煤，为此，在发电量一定的情况下，如果按照2012年日本的先进水平进行测算，那么可以减少9096.41万吨二氧化碳排放量，减少33.08万吨二氧化硫排放量，减少19.30万吨烟粉尘排放量。

另外，值得注意的是，不同容量的发电机组燃煤能耗的水平不同，发电机组容量越大，发电煤耗越低，为此火电行业要鼓励建立大容量机组，关停小容量机组。而且根据反平衡计算公式（4-4），提高电厂效率可以降低发电煤耗率。电力是关系国民经济的重要基础产业，如果燃煤发电的比例过大，一方面会受制于煤炭资源，影响电力供应安全；另一方面不利于我国减排工作的展开。所以，在电力工业稳定发展的前提下，要合理优化电源结构，逐步降低燃煤发电在电力工业的比例。

结论

通过燃煤发电能耗指标进行测算，结果表明我国与国际先进水平（本文为日本）相差10克标准煤/千瓦小时，在2012年发电量一定的情况下，如果我国火电行业能耗达到国际先进水平，那么我国在燃煤发电环节可以节约3762.89万吨标准煤，减少9096.41万吨二氧化碳排放量，减少33.08万吨二氧化硫排放量，减少19.30万吨烟粉尘排放量。

因此，通过本章的分析说明，我国煤炭利用环节的节能减排潜力较大，通过能源技术创新，如果将我国燃煤行业的煤炭利用效率提高到国际先进水平，可以有效达到节能减排的目的。

环境概论

创新之处

本文的创新之处主要有：

（1）通过计量模型定量分析了煤炭利用对大气污染的影响关系，发现我国煤炭消费每增加1单位，废气增加0.52单位、二氧化硫增加0.09单位、烟粉尘增加0.90单位，煤炭利用对环境存在较大的影响关系。

（2）通过对比分析，指出了我国高耗能产业的节能空间。本文以火电行业为例，发现我国能耗与国外先进能耗标准存在较大的差距，不仅分析了差距有多大，而且按照国际先进标准测算出我国在产量既定的情况下，按国外标准可以有效节约的煤炭消耗量和减少的排放量。

（3）提出了通过能源技术创新，进行能源结构调整和提高煤炭利用率双管齐下的能源政策。本文分析了煤炭利用对环境的影响和煤炭利用的节能减排潜力，发现煤炭利用对环境存在较大的影响，为此需要进行能源结构调整，提高煤炭资源利用效率。

结论（可行性）

本文研究了煤炭利用的环境影响以及节能减排潜力，得到如下结论：

（1）煤炭利用对我国的环境污染造成了影响，尤其体现在大气污染方面。通过分析表明：我国煤炭消费与废气、煤炭消费与二氧化硫、煤炭消费与烟粉尘均存在长期均衡关系。通过面板模型估计发现，我国煤炭消费每增加1单位，废气增加0.52单位，二氧化硫增加0.09单位，烟粉尘增加0.90单位，虽然煤炭消费对环境污染的影响系数并不大，但是每年的煤炭消费量基数比较大，所以累积的环境影响也会增加。在因果关系中，我国存在煤炭消费到废气的单向因果关系，存在煤炭消费与二氧化硫的双向因果关系。因此，说明煤炭利用对环境存在较大的影响和存在因果关系，煤炭的不合理利用对大气污染造成了很大的影响，甚至加重了雾霾天气。

（2）通过煤炭利用环节的能源技术创新，可以实现节能减排，进而达到减少环境污染的目的。本文以火电行业为例，参考这行业的国外先进能耗标准，测算出我国在产量既定的情况下，按照国外标准可以有效节约的煤炭消耗量，进而可以实现减少排放的目的。说明我国在煤炭利用环节还有较大的节能减排潜力。

（3）改善我国环境污染的出路在于调整能源结构和提高能源利用效率两方面。通过研究发现，我国的煤炭利用对环境污染存在因果关系，通过火电行业和钢铁行业为例对燃煤行业进行能耗分析发现如果将我国燃煤行业的煤炭利用效率提高到国际先进水平，同样可以达到降低环境污染和节能减排的目的。因此，为了提高我国的空气质量以及兑现2020年的碳减排承诺，我国在逐步调整能源结构，减少煤炭利用的同时，可以大力发展洁净煤技术，提高煤炭资源的利用效率。

政策建议（意义）

结合本文的结论，为我国政府制定环境措施提供一些政策建议：

（1）调整能源结构，减少煤炭利用总量。我国是以煤炭为主要能源的国家，煤炭在能源结构中所占比重大约为70%，然而煤炭在开发利用过程中，会产生大量的工业废水，污染周围的河流，煤炭燃烧会向大气中排放大量的有害物质，如二氧化硫、二氧化碳等，而且本文分析也证明了我国煤炭消费与废气、煤炭消费与二氧化硫、煤炭消费与烟粉尘之间均存在长期均衡关系，煤炭消费数量越多，环境概论

环境污染越严重，甚至危害到人们的身体健康。想要减轻和改善环境问题，需要调整能源消费结构，减少煤炭使用量，提高水电、风电和核电等清洁能源的比重。清洁能源的特点在于促进经济发展的同时，不会造成环境污染。因此，政府需要加强清洁能源的开发力度，引导企业贯彻实施清洁能源开发政策，提高企业使用清洁能源的积极性，从而降低煤炭利用的总量。

（2）加强技术开发，提高煤炭利用效率。针对我国的煤炭行业，要建立以企业为主体，政府引导的研发模式，提高研发资金使用效率，通过退税或补贴政策提高企业自主研发的积极性，鼓励企业积极研发新的技术，通过技术开发提高煤炭利用效率。同时吸收国内外优秀人才，大力攻克燃煤技术的难点，不定期学习、引进、借鉴日本等国外先进的技术和经验，如洁净煤技术、整体煤气联合气化技术、超超临界发电技术、二氧化碳捕获与封存技术等，通过技术创新不断降低煤炭消费过程中的能耗水平，以较少的投入实现较高的产出、较低的碳排放。

（3）淘汰落后产能，降低煤炭单耗水平。2012年我国的煤炭消费量为352647.07万吨，高耗煤行业煤炭消费量为292033.97万吨，占全国煤炭消费量的82.81%，然而我国的高耗煤行业的能耗与国际先进水平存在一定差距，存在能源消耗较高，浪费现象严重的问题，为了满足高耗煤行业的需求，尤其是电力、钢铁行业的需求，除了要优化能源消费结构，提高煤炭利用效率，政府还需要淘汰落后产能，鼓励改进脱硫脱硝技术，加快智能电厂的推广和应用，降低我国燃煤行业的煤炭单耗水平，实施优胜劣汰制度。通过提高燃煤行业的发电效率，鼓励低热值煤发电，逐步减少碳排放。

参考文献

能源与环境催化论文 篇3

让氢能源不再昂贵

电催化剂，是用于在电解器中催化水分解为氢气与氧气的反应的一种特殊催化剂。这一反应生成的氢气可以存储，并随时再次转化为电能。整个过程中唯一的副产品就是电解水，还可以被再利用，堪称最绿色的能源系统。

研究人员表示，只需一个迷你冰箱大小的电解器和几升水，就能为一户人家存储和提供可再生能源，不再让太阳能面板和风力发电机发出的电能白白浪费。

而且，电解器的工作中几乎没有任何碳排放。虽然电池也可以用来存储多余电能，但是相比氢来说，电池存储的效率相当之低，而且非常不环保。

但是，现有的电催化剂大多数都是用钌或铱之类的有毒稀有金属，制造出的晶状金属氧化物，价格非常高昂。为了寻找一种廉价又高效的电催化剂，全世界的科学家们已经努力了许多年。

“这一突破给存储和再利用风能与太阳能提供了一个相对廉价的办法。”柯蒂斯说道，“对于实现大规模的清洁能源经济来说，我们的成果意味着迈进了非常重要的一步。”

如果普通人也可以用上电解器，那么就可以将自家发的电或是买来的廉价电能存储起来留作后用。如果有余的话，还可以在用电高峰时期把电“卖回”给电网。

催化剂研究的全新领域

另一位研究者西蒙补充道：“我们的这项突破，还为催化剂材料的制作开辟了一个崭新的领域。”

他们将那些便宜、矿藏丰富又无毒的金属（比如铁、钴和镍）氧化物结合起来，形成了一种非常松散无章的非晶态材料。

相比高度美观而对称的晶状体，这种非晶态材料堪称“满身是坑”，但这些“坑”却恰恰让这种结构体拥有了相当高的催化能力。“实验证明，我们研发的第一代催化剂，就拥有了与现在市面上那些研发了30年之久的催化剂相同的功效。”西蒙说道，“但其价格却便宜了1000倍之多。”

研究人员还表示，他们可以将元素周期表上的任意金属加入到催化剂成分中。“我们的制造方法为催化剂制造打开了一个全新领域。”

目前，研究人员正在测试各种不同的催化剂配方，以求更加深入地理解这种非晶态材料，并找到最佳的催化剂。他们也在尝试利用纳米科技提高催化剂的效率。同时，他们还在制造一种“光电催化剂”（photo-electrocatalyst），这种催化剂可以借助阳光来让电解器产生更多的氢。

柯蒂斯和西蒙还将相关技术注册了专利，并建立了名为“FireWater Fuel”的公司，试图将他们的研究成果商业化。他们希望能在2014年让新型催化剂开始大规模商用，并在2015年让普通用户用上家用电解器。

能源与环境催化论文 篇4

利用不同风速出现频率条件下的箱式扩散模型对龙门能源重工业区的大气环境容量进行计算,SO2的环境容量为21097.72t/a,TSP的环境容量为63 293.15t/a.运用资料收集法和成果参照法分别统计有组织排放的污染物量和计算无组织排放的污染物量,SO2为13 728.79t/a,TSP为68 555.97t/a.小风及静风条件下SO2的大气环境容量利用率为71.2%,TSP的大气环境容量利用率为108.1%;大风条件下SO2的大气环境容量利用率为30.1%,TSP的大气环境容量利用率为109.6%.研究结果表明,在不同的.风速条件下,污染情况有所不同.SO2主要是有组织排放,其容量相对剩余量为7 368.93 t/a.TSP已经超容量,大风条件下,煤堆起尘、裸露地面扬尘是主要的污染源;小风条件下,大气污染由无组织扬尘和有组织排放共同作用.针对园区存在的环境问题,提出相应的大气环境整治措施.

作 者：林积泉 王伯铎 马俊杰 唐晓兰 赵丹 作者单位：林积泉(西北大学环境科学系,西安,710069;海南省环境科学研究院,海口,570206)

王伯铎,唐晓兰,赵丹(西北大学环境科学系,西安,710069)

马俊杰(西北大学环境科学系,西安,710069;西安建筑科技大学环境与市政工程学院,西安,710055)

能源与环境催化论文 篇5

一、经济发展所付出的能源消耗与环境污染代价

我国在取得巨大经济发展成就之际，也为此付出了极大的能源与环境代价。从经济增长方式而言，我国的经济发展过分依赖生产要素的外延式扩张，这种增长方式过分强调了经济总量的快速提高，而忽视了经济增长过程中的资源耗费水平、环境影响状况等内涵式扩大再生产所要求的重要基本内容。依据2011年《国际统计年鉴》（中国）数据显示，中国单位GDP能耗为7.9吨标准油/万美元，分别是日本、美国、法国和德国的8.04、3.90、4.55、4.98倍，是全球平均的2.71倍，中国的单位GDP能耗远远高于世界发达国家水平。

中国高能耗经济发展态势的形成实质上有着深刻的全球产业转移的时代背景，20世纪80年代以来，世界发达国家进一步加大了以钢铁、汽车、石化等重化工业等资本密集型为代表的产业转移力度，而中国成为了这次国际产业转移的主要承接国，承接此类产业的规模总量占全球产业转移的50%以上，致使中国成为当前全球最大的制造业生产基地。以2010年为例，中国国内生产总值产业构成比例分别第一产业10.10%、第二产业46.75%、第三产业43.14%，以工业为主体依然成为中国产业结构的基本特征，我国第三产业的发展虽然取得了长足进步，但其所占国内生产总值的比重远远低于目前世界高收入国家的72.7%与世界69.4%平均水平。2000年至2010年，中国能源消耗总量的年均增长速度高达8.36%，其中工业、建筑业能源消耗总量的年均增长速度分别为8.34%和11.07%，且2010年工业、建筑业能源消耗总量占当年全国能源消耗总量的比重为73.04%。可以说，以工业为主体的产业结构特征从根本上规定了我国单位GDP能耗高的经济发展态势。当然，各产业能源利用效率较低及其伴随人均收入水平提高而产生的居民消费结构升级与电气化的耐用消费品的比重提高，也是助推我国将在未来一段较长时期处于能源消耗高水平增长的重要因素。

与能源消耗高水平增长相对应，能源自给能力已成为影响我国国民经济可持续发展的重要影响因素。依据《中国统计年鉴2011》数据分析，自1992年中国能源自给能力出现缺口，能源缺口总量为1914万吨标准煤，占当年国家能源消费总量的1.75%；至2010年能源能源缺口总量为28023万吨标准煤，能源缺口总量年均增长速度为16.08%，占当年国家能源消费总量的8.62%。中国能源自给能力短缺主要源于石油供给能力不足，自1993年中国首次成为石油净进口国，石油缺口总量为34269.3万吨标准煤，占当年石油消费总量的1.62%；至2010年中国石油缺口总量为3264064.2万吨标准煤，石油缺口总量年均增长速度为30.74%，占当年石油消费总量的52.87%。

我国外延式扩张经济增长方式的另一个严重的负向产物是：随着我国国民经济的高速增长，工业三废排放量呈快速增长趋势，致使我国生态环境遭到了极其严重的冲击。依据中国国家统计局公布可比年鉴数据，1995年工业废水、废气、固体废物排放与产生量分别为2218943万吨、123407亿标立方米、64474万吨，2000年工业废水、废气、固体废物排放与产生量分别为1942405万吨、138145亿标立方米、81608万吨，2010年工业废水、废气、固体废物排放与产生量分别为2374732万吨、519168亿标立方米、240944万吨。1995年至2000年期间，我国工业废水、废气、固体废物排放与产生量年均增长速度分别为—2.63%、2.28%、4.83%，其年均增长速度远低于同期国民经济发展速度，其中工业废水排放还呈现出减少态势。而2001年至2010年期间，我国工业废水、废气、固体废物排放与产生量年均增长速度分别为2.03%、14.16%、11.43%，除工业废水排放增速略低外，其他两项的年均增长速度都超过了10%水平，若按剔除价格指数计算，工业废气、固体废物排放与产生量年均增长速度已远高于同期GDP的增长水平。以大气污染为例，2010年中国二氧化硫和工业废气排放量分别为2185.15万吨和519168亿标立方米均居世界首位，已经超过了我国大气环境的承载能力。我国东部沿海城市灰霾和臭氧污染尤为突出，灰霾天数已超过全年总天数的30%以上。

上述分析显示，能源消耗与环境污染已成为直接影响我国国民经济能否可持续发展的两大重要因素。无疑，无论何种形式的经济发展模式都会以能源消耗与环境污染为代价，但外延式经济增长方式与内涵式经济增长方式在处理能源消耗与环境污染方面有着本质区别。自工业革命200多年以来人类所居住的地球上面，可供人类发展各种物质资源越来越稀少，可供人类生存的生态环境越来越脆弱。从这个角度分析，可持续的经济发展模式只能是以尽可能低的资源消耗和尽可能小的环境污染为前提而谋取尽可能高的经济发展总量。而现行GDP核算体系虽然能够很好地反映一个国家或地区在一定时期内所实现的最终产品和劳务的价值总量，但是不能对经济发展过程中的资源环境成本进行科学合理的计量，无法反映经济发展对生态环境造成的损害。即GDP只能度量一个国家或地区经济发展规模的量，而不能对其经济发展的质进行客观反映。因此，现行GDP核算体系已经不能适应可持续发展的基本需求。为此，本文拟构造兼顾经济发展与能源消耗、环境污染为一体的综合评价指标体系，以DEA相对效率评价理论为支撑，对我国各省域国民经济发展效率进行综合性评价，揭示各省域经济发展在兼顾资源消耗与环境保护条件下所取得的实际成果和所存在问题，进而为我国国民经济整体发展的可持续性提供富有针对性的参考依据。

二、基于能源与环境因素的中国省域经济效率评价方法

1、DEA相对效率评价方法

DEA即Date Envelopment Analyses的缩写，称为数据包络分析，是由美国著名运筹学家A.Charnes和W.W.Cooper等人提出的，它是按照多指标投入和多指标产出，对同类型单元进行相对有效性评价的一种效率评价方法。DEA方法的最大特点在于有效解决多投入与多产出的效率评价问题，这样就非常有利于本研究所涉及到的省域GDP与能源、环境等多投入变量的综合评价；此外，由于影响一个省域经济发展的影响因素十分复杂，要构造符合其客观发展的生产函数非常困难，而DEA在构造其生产前沿面时不需要预先设定具体的生产函数形式；因此通过比选，本文选用C2R模型进行效率评价。

2、投入指标和产出指标的选取与数据采集

（1）产出指标。尽管GDP核算体系还存在着一定不足，但其能够将整个国民经济各部门的经济活动作为全部核算范畴，可以较为完整地反映全社会的经济活动成果。因此，本文依然采用GDP作为反映省域总体经济活动成果的产出指标。其数据来源直接采用《中国统计年鉴》国民经济核算篇中的“地区生产总值和指数”数据。

（2）投入指标。Cobb—Douglas生产函数等传统经济学观点认为经济系统发展的投入因素主要包括劳动力、固定资产和综合技术水平三个方面，而未考虑资源与环境因素在经济发展中的重要作用。这一现象的形成源于工业革命初期，全球资源相对丰富，整体的环境污染相对较小，资源与环境问题尚未成为全球社会与经济发展的制约因素。而今，资源与环境已成为关乎人类长期可持续发展的重大问题，人们在考察自身经济发展时就不得不将其作为导致经济产出的重要投入因素来看待。其中，环境污染表面上看是经济活动的一种产出后果，但实质上环境是人类社会经济发展的基本保障资源，从这个角度分析，环境污染实际上就是对原有环境的不当占用。为此，本文在确定省域经济活动投入指标时，补充资源与环境污染两大因素。

此外，在分析一个国家或地区资本投入时，不仅应该包括固定资产净值，而且还应该包括该经济体的财政支出部分，财政支出是满足某一国家或地区经济建设和各项事业所需要资金的重要构成部分。

基于上述分析，并鉴于数据的可获取性，本文将省域经济投入指标归为资本投入、劳动力投入量、资源消耗和环境污染四个方面七个指标。资本投入分为固定资产净值和财政支出，其中固定资产净值由实物资本存量表示。劳动力投入量由就业人数表示，资源消耗由能源消耗总量表示，环境污染分为水污染、大气污染和固体废物污染三个方面，分别由工业废水排放总量、工业废气排放总量和工业固体废弃物排放总量表示。除实物资本存量指标外，其余六项指标均可直接采用《中国统计年鉴》所公布数据，实物资本存量则采用谢群、潘玉君《中国内地各省区1952—2009 年实物资本存量估算》的研究成果，并在2009年各省域实物资本存量基础上导出2010年各省域实物资本存量数据。

三、2005年至2010年基于能源与环境因素的中国省域经济效率评价

2006年至2010年是中国国民经济第十一个五年规划，为了反映我国第十一五规划期间各省域经济实际综合效率，以及在能源与环境保护方面所取得的实际成绩，本文选取了各省域2005年至2010年投入产出基础数据进行分析，详细基础数据均直接采用《中国统计年鉴》所公布数据（基于数据统计口径标准不同，被评价省域只包括中国大陆省市。且由于数据缺失问题，也不包括内陆西藏）。

2005年至2010年中国大陆30个省市自治区经济相对效率评价结果及各省域经济相对效率均值排序结果如表1所示。

四、研究结论

由上述评价结果可以看出，全国30个省市自治区经济的相对效率大体可以分为五个层次，第一层次为DEA有效省域，具体包括北京、天津、上海、山东、广东五个省市，其综合经济效率在六年中均为DEA有效。第二层次为DEA评价值较高省域，具体包括江苏、浙江、福建、海南四个省市，其六年相对效率均值（DEA）处于0.9？燮DEA<1之间。第三层次为DEA评价值中等省域，具体包括黑龙江、内蒙古、河北、湖南、辽宁五个省市，其六年相对效率均值（DEA）处于0.8？燮DEA<0.9之间。第四层次为DEA评价值中下省域，具体包括安徽、河南、江西、甘肃、云南、吉林、贵州、山西、湖北九个省市，其六年相对效率均值（DEA）处于0.7？燮DEA<0.8之间。第五层次为DEA评价值低下省域，具体包括陕西、广西、四川、新疆、重庆、青海、宁夏七个省市，其六年相对效率均值（DEA）处于0.4

【参考文献】

[1] 中国统计年鉴1996—2011[M].中国统计出版社，2012.

[2] 国际统计年鉴2011[M].中国统计出版社，2012.

[3] Charners A，Cooper W W，Rhodes E. Measuring the efficiency of decision making units[J].European Journal of operational research，1978，2（6）.