提高能源和材料效率——加工产业面临的挑战

清风明月

提高能源和材料效率——加工产业面临的挑战

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瑞士苏黎士工业大学教授洛塔·雷
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) M% u& b' T3 j0 h. ]& a: x1 j       女士们，先生们，很荣幸在这里谈一谈提高能源和材料效率这个话题，我要感谢主办方给我这个机会。大家都知道从太空里看地球就会发现发光的地区就是大城市人们生活水平比较高的地方。而另一方面有一些亚洲地区、俄罗斯、沙特看到石油丰富的地方会有浓烟，还有南非和非洲通过燃烧森林木材也会看到浓烟。我今天想谈一谈全球能源和人类的互动，重点谈一谈利用材料的效率。我们要讨论加工业的整合来保护环境，我会给大家介绍一下我们可以采取的创新性的办法，可以做什么来改变这个局势。
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9 ?8 {0 }& r: H9 d& k% @0 j' U& ]# I       从90年代开始看到三个趋势，这个大大的问题就表明我们需要严肃地来对待这个问题。现在地球人口增长了4倍，这三条曲线非常相似，一次能源供应的增加，每一年增加11.1%，在05年达到很高的点。同时我们也看到二氧化碳的集中，人口在增长，而全世界人口都需要很多能源希望使他们生活得更好，因此人均的消费量也增加了。但是在很多贫穷的国家，人们没有办法使用这么多能源，甚至没有办法生活。所以说在不同国家使用能源的状况非常不一样。
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       这是另外几张表，不同的初级能源是比较粗略的曲线，因为要实际的数字比较困难。我也希望有更详细的数字。先看一看这些曲线，大家看左上的图表，这是我们平时使用的一些一次能源煤、石油、天然气，我们也发现还有很多水泥和钢，这是从上到下的五种材料。他们和能源总的需求很类似，相互之间有很强的关联关系。我们有非常复杂的互动，就是自然和人、大气之间的互动，在左下方可以看到我们对环境所产生的影响。在这张图可以看到通过工业、住房对大气产生的影响。在右边太阳能、雨水、挥发，工业和自然的各种排放，我们要从这个复杂的人和自然的互动当中找到解决办法。

       这张表是全球碳的预算，大家可以看到碳的储存和自然条件的变化，有大气和水、土壤之间的关系，这种交换。这张图上我们可以看到我们使用地质储存的能量，燃烧各种化石燃料，当然这里提到水泥厂等，还有其他很多使用这些化石能量储存的工业，每年 59亿吨排放到大气中。再看大气和土壤之间的交换，你可以看到这个5.9是非常庞大的数字，我们将大量的二氧化碳从土壤当中排放出去。看看这张图，我们有两个储存，是原材料的储存，在图的下方是地质储存，是自然资源的储存，包括生物质能是短期的，还有煤、铀、石油等等。

       我们运输这些能量供工业使用，产生材料，使用一次和二次能源进行发电，在左边可以看到这些箭头，这是我们的生产周期。产生各种产品包括汽车、电脑等等，这是使用者储存能量的方法，他们保有这些能量和产品，以这种形式保有了这些能源。在消费过程结束之后，这些能源又被释放出来，我们对此要有新的认识。现在我们不再谈论垃圾，而是如何来利用垃圾，在垃圾当中分开有用和没用的材料，其中有一些是能回收的。在可回收的材料中便于进一步回收可利用的材料和能源。
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       当然大部分材料是没有用的，所以就进入最后的垃圾填埋场。除此之外还有太阳能系统来产生更多的能量，正如格林教授今天早上说到，这是可再生能源很重要的部分。这是非常复杂的系统，过程工程学的同事知道我们要使用工程学当中一些模式，这是要处理原子到分子到反应堆从小到大的过程，我们要考虑的是搜集能源的层面还是发电。在这张表上大家可以看到各种元素有各种各样的互动，在材料工程当中要考虑到所有这些元素，这些元素之间要协调地存在，这张图颜色之间的色块随着时间的变化会产生不同的互动，不同的人类活动时间、空间、物理学基本的原理都是互相相关的。
, C, A, V: s3 j       我们要使用数学的原理来寻找系统工程学的解决办法。在这个工程过程中我们要使用新的技术来处理我们的空气、水、能源和原材料进入生产的过程。在这个过程中会产生一些副产品，在内部一些产生循环，每一步我们把它称之为整合的环保过程，没有一个国家是独立的。所以我们必须要考虑到他们之间的互动和互相影响。我们要让这些材料分子越小越好，在这个阶段我们需要投入更多的精力。

% u5 E  ~& d8 ?       这张表看一看我们的技术和环境的关系。如果我们要保护环境，比如说要有新的干净的水、干净的空气，从某一方面来说我们最理想的状态是没有垃圾和废物，这是目标，但是我们还达不到这个目标。如果我们要达到这个目标，我们要通过努力，通过建立一个可持续的环境来做到这一点。这种整合的过程怎么做呢？在德国1982年之后他们在他们的化学工业中使用了一种模式来检查所有的生产过程，优化能源的使用，他们倡议了一个过程，这就是从90年代以来，这种技术的发展。如果我们生产得更多，因为上面是生产指数的增加，通过技术上的革新，可以使得能源的消耗减少。

      在钢铁行业当中我们的循环使用已经得到大规模的应用。我们使用的炼钢炉炼钢的时候产生废渣，这些废渣可以重新熔炼。高炉炼钢不需要煤，产生的能源效率比其他方式要高得多，同时稳定地、逐渐地减少能源消耗。我们也可以把这些技术推广到其他的生产中，这里是一张复杂的图表，将铁矿石炼成钢的过程，而不用使用煤，只需要用电炉和氧气，左边是使用氧气的炼钢厂，每一年可以节约大量的能源，当然这个厂本身并没有电炉，是把铁矿石运到其他地方生产。如果它最终能够安装这种仪器，就能够完成从铁矿石炼成钢的过程，减少高炉的使用。而高炉大家都知道产生的排放很高。
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$ R8 e* k4 V" D3 ?  p       看看北京的大街，有那么多汽车，虽然每一个汽车生命周期不是永远的，有一些汽车被淘汰，有一些新车又加入这个队伍，所以我们要在这个过程中使用废旧汽车可用的零件，在粉碎过程中有效地利用能源。在粉碎过程中会有一些残留，这些残留有的是黑色金属，有的是有用金属，通过熔炼的过程分开这两种材料，有一些材料有色金属和黑色金属都可以在建筑和其他行业中得到分别应用。这是生物质能量的使用。这是芬兰的例子。右边这张图是以燃烧泥炭、树皮和木材的残渣产生电力，使用化学燃烧只占10%。左边这张是电站的照片，就是利用废料来发电的，可以减少灰尘、粉尘的产生，化学燃料的使用。生物质能电场的问题就是需要的面积非常大，资金投入比较多。而泥炭是他所需要的主要材料，运输也是一个问题。
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5 T5 ?6 W# q& J: G       因此这个电站运行起来，如果要高效运作，也是比较困难的问题，从2001年开始投入运作，还也很多类似的电站正在建设当中。我很多芬兰的朋友对大型的电站并不感兴趣，他们希望这个电站是能够规模小一些。

* b1 m" V2 C- b. A       下面来看看中国，我和中国合作多年，很高兴给大家看这张图片，这是在开元2乘300千瓦的流化床的电站，是和法国进行合作建成的。在这个电站中我也有一点小小的贡献，人们看电站只是看到电站本身，并没有看到背后的系统如何运作，看到能效的提高这些现象。而我们要做的不是建设大型的电站，而是建设通过提供更加安全、清洁的能源，建立更加小型的电站，使得这种电站在全国范围内更加分散，我觉得这种分散有很多好处，在德国的有的小型电站能效可以达到90%。燃烧氧气的循环流化床，我们可以使用二氧化碳，这是一种便于采集的气体，而且成本比较低。在荷兰他们就使用二氧化碳，在希腊也是被用作温室气体，取决于他们生产的材料是什么样，每年17万吨的二氧化碳不是直接排放到大气中，而是使用他们进行生产。
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+ k- \! Q1 g2 z9 g- W4 u       最后这一张图可以看到这个背景是一个城市，这张表上可以看到每一种电站还有我们使用的汽车都是有生命周期的，这也就是说水电站的生命周期很长，所以我们需要马上采取行动，如果现在不建设，40年之后也不会有效果。所以说所有的人都应该从现在开始考虑应该做什么减少二氧化碳的排放。

2 ^9 g8 R0 p  g  q       我简单说一说大气中二氧化碳的集中已经增加到一些不确定的量，可能在未来会给我们带来问题。另外增加能源和材料的使用效率是必须的。因为材料是消耗能源的，所以我们要考虑的不仅仅是增加能效，而是增加使用材料的效率。我们的加工、后勤、过程、工程这些都是非常复杂的系统，我们要使这些系统成为可持续的系统，而我们需要长期的可持续创新性的体系，因为很多体系不是一时间就可以改变的。我们现在就必须要采取行动。
（据千龙网直播）