科学家的研究和计算表明,冰蓄冷对节约能源的贡献,首先表现在它可以“移峰填谷”,均衡电网负荷。电能作为一种使用方便、容易控制和转化的能源形式,深受人们的喜爱。但电能的特点是不易储存,发电、供电和用电必须同时进行,也就是说发出多少电,用户就必须用掉多少电。如果发出的电多,而用户用电量小,则一方面造成很大的浪费,另一方面对电站和电网的安全和稳定性有很大影响;如果发出的电少,而用户用电量大,则必须拉闸限电。实际上用户用电是不均匀的。白天,人们工作、学习、购物,用电量较大,特别是夏季、冬季,许多场所都使用空调器,耗电量就更大了。为保证各种工作正常运行,必须提供足够的电力。而到了晚上,人们休息在家,用电需求大大下降。这给供电部门带来很大困难。举例来说,某一座城市,白天需要1000千瓦的电,而晚上只需500千瓦的电,那么电力公司就必须提供1000千瓦的装机容量,但在晚上50%的装机容量被浪费了。如果将晚间的“剩余”的电用来制冰,然后在白天用冰来降温,达到不开空调器和少开空调器的目的,这样就能降低白天的用电负荷,大大节约装机容量,节约投资和能源。另外,由于晚间周围环境温度低,因此,用来制冰的机组效率比白天要高,也可节省能源。此外,减少电厂装机容量或少建电厂,可减少有害物质的排放,对环境质量的改善有很大好处。
20世纪70年代初,工业发达国家开始研究冰蓄冷技术,80年代初开始使用。现在,冰蓄冷技术已作为一种电力负荷的调峰手段,较为广泛地应用在建筑物内部的降温和工业用冷上。
污水处理厂可以发电
污水处理厂与发电似乎毫无关系。然而,随着科学技术的发展以及人们环境保护意识的增强,污水处理厂不仅能处理污水,而且能将污水中的有机物变成能源。
1980年,美国环保局通知洛杉矶市政当局,要求他们提高污水的处理质量,否则将禁止该市向太平洋排放经过处理的废水。于是,洛杉矶市政当局便大规模地改造扩建污水处理厂,投入了几亿美元。经改造后的污水处理厂处理后排放的污水完全达到标准。更可贵的是,他们利用了污水处理后留下的污泥发电,真正做到了变废为宝。
1985年投入运行的洛杉矶污水处理厂,每天可以处理l亿加仑的污泥,然后再将这些污泥加工成燃料;同时,当污水通过18个微生物消污池时,还能产生大量甲烷。以上两种燃料可用作火力发电,共可发电25000千瓦,生产的电力除60%污水厂自用外,还有40%可提供给其他企业。
把污泥加工成燃料,须安装蒸发器。使用蒸发器比使用一般的干燥器节能25%~30%。污泥经蒸发器干燥后成为粉末状,这种粉末就是很好的燃料。污泥再生燃料被送进一个流体化床反应器内进行汽化,然后在缺氧的条件下燃烧,利用它产生的能量来发电。用这种方法燃烧,能更好地提高热效率,并大大减少废气中的氮氧化物。
垃圾——“摆错位置的财富”
随着经济的发展和人们生活水平的提高,垃圾每年以10%的速度增长。现在垃圾已成为人类的一大隐患。世界上的城市每天排出的垃圾数量多得惊人,日本3500万吨,美国竞超过1亿吨。从卫星上拍摄的照片看,世界上所有的大中型城市,都被垃圾包围了。我国也是如此,660座城市中1/2以上被垃圾包围。
在一般人的眼中,垃圾污染环境、传播疾病,好像一无是处,但科学家却认为,垃圾是一种有开发价值的财富。垃圾中通常废纸占大多数,有30%~40%,玻璃占6%,金属占8%,植物废料占12%。日常的城市垃圾百废混杂,要使垃圾资源化,必须先对垃圾进行分类处理。在一些发达国家,居民区的垃圾都分类收集到不同的垃圾桶里,然后再运输到垃圾自动分选厂,通过一系列的程序,将垃圾中的金属、玻璃、塑料、橡胶等物质分选出来。分选后的垃圾,经过加工处理,就能变成有用的资源了。在德国,新闻纸中的60%、玻璃瓶中的50%、铜制品中的40%,都是从垃圾中回收提取出来的。在美国,钢铁工业中有1/2以上的原料是由废旧汽车提供的。
早在20世纪70年代,法国巴黎人就用垃圾焚化炉搬走了一座座的垃圾山,换来了30%的居民取暖用的热水。日本人则利用垃圾制成了颗粒肥料和建筑材料,种出了大而甜的葡萄,建起了质轻而又坚固的住房。如果把分拣出来的有机垃圾和塑料送进锅炉,它们燃烧后可产生蒸汽,能驱动汽轮发电机发电。这样,每燃烧1000吨垃圾,就可得到2万度电。美国马里兰州有一座城市动力厂,它以附近12座城市的垃圾为燃料发电,每天可节省7万多加仑的燃料油。烧剩的垃圾残渣还有用处,把细渣子捻碎后,掺进一些碎石,再放入水泥,重新加热到300℃,就是一种很好的铺路材料。
垃圾经过发酵,还能生产出沼气。美国建有世界上最大的甲烷电站,日产14万立方米的甲烷,可供应1万户居民使用。
现代化的高新技术使垃圾变成了有用的资源,垃圾成了“摆错位置的财富”。
目前发达国家多采用垃圾回收、分拣、处理加工、焚烧和综合利用的方法,使垃圾尽可能地被再生利用,创造财富。
首先要对生活垃圾进行分类收集。通过分类,将可再生利用的废纸、金属、玻璃瓶、易拉罐等与其他废物分开,这样既可以使物尽其用,又可以减少垃圾。剩余的无利用价值的垃圾可采用科学填埋和焚烧等方法进行处理。
科学填埋法,就是将分拣后的垃圾先进行减害化处理,再运到填埋场,用推土机或压路机压实,覆盖一层土,再放一层垃圾,这样逐层填埋,最后覆一层30厘米厚的泥土。在填埋2~5年后,可在上面钻孔取沼气,用管道引到附近的沼气发电厂用于发电。
焚烧法是近年来一些发达国家普遍采用的处理垃圾的方法。处理时通过高温燃烧,使垃圾焚化,所剩残灰只有原来体积的50%,大大减少了废物的数量。在焚化过程中,各种病原体也被消灭,有毒物质得到了无害化处理,焚化的热量还能产生蒸汽发电。焚化过程是在焚化炉中封闭进行的,现代焚化炉安装有除尘和除烟装置,可以防止垃圾焚烧时污染大气。
绿色消费
生态学上,将所有的生物划分为3大类:生产者、消费者、分解者。生产者指各种绿色植物,因为它们可以利用太阳的光能和二氧化碳,通过光合作用生成有机物。消费者指各种直接或间接以生产者为食的生物。我们人类被列入消费者的行列。分解者指各种细菌、真菌等微生物,它们分解生产者和消费者的残体,将各种有机物再分解为无机物,归还到大自然中去。整个自然的各种生命,组成了一个完美的循环。随着生产力的发展,我们人类的消费也逐渐变得越来越复杂。在原始阶段,人类不外乎是采集野果,捕捉猎物,消费的剩余物也是自然界中的东西,很容易被分解者还原到自然中去。而在近代和现代,人工合成了许多自然界不存在的消费品,如塑料、橡胶、玻璃制品等,这些消费品的残余物,被人类抛弃进了大自然中,但分解者还没有养成吃掉它们的“食性”。塑料、橡胶、玻璃等难以腐烂,难以在短期内重新以自然界能消融的形式再返大自然,便作为垃圾堆存下来。另外,我们所使用、所食用的东西,它们的生产过程已经不是纯粹的自然过程,因此,它们的生产,也对环境产生了影响。例如,我们吃的面粉,它的生长过程需要大量的人工、机械,甚至化学药剂的投入。首先,麦种可能是人工培育出的高产杂交品种,需要农业生物学家的研究和育种,种植时需要机械播种,接着在生长过程中为了提高产量可能需要施加化肥,为了抵抗害虫的侵袭而喷洒杀虫剂,为了去除野草使用除草剂,最后还要机械收割,脱壳,再磨成粉,去除麸皮……小麦的生长阶段和面粉的加工过程中,都会对环境产生影响。播种、收割用的机械,需要人工制造,钢铁需要从采矿开始,直到制成机身;机械的开动需要柴油或汽油等能源;未被吸收的化肥会随着径流流入河流、湖泊,造成富营养化;农药会杀死害虫以外的其他生物,还会残留在土壤中,破坏土壤结构,加剧土壤流失;残留在农作物中的农药会进入人类的食物链,影响我们的健康……因此,我们选择每生产过程对环境有不同影响的消费品,对环境就有不同的意义。
因此,做一个绿色的消费者就意味着在我们选择消费品时,要考虑它们在生产过程、消费过程以及处置过程中对环境的影响,然后选择那些对环境影响最小的消费品。
产品的生态设计
从环境观点来看,我们消费的每一种产品都给环境带来负担。据估计,生产1吨产品平均需要8吨原材料。产品不仅在制造期间需要材料和能源,而且在返回环境之前,往往还要消耗能源,造成污染。传统的产品设计将重点放在设计、制造和保养上。然而今天,人们在设计产品时不得不关注环境,因为产品在它从原料、设计、制造、销售、使用,直至废弃处置的整个寿命期间,全都以某种方式影响着环境。在这种新的设计过程中,要给予环境以与利润、功能、美学、人体工程、形象和总体质量等传统的工业价值相同的地位。这种设计思想和方法就叫生态设计。
当前主要的生态设计有2种类型:
一是产品改善,即从污染预防和关心环境出发,对现行产品进行调整和改良。产品本身和生产技术一般将保持不变,所做的调整主要是污染预防和资源回收利用。例如:建立轮胎回收系统,改变原材料,改变所用冷却剂类型或增加防污染装置等技术。
二是产品再设计,即保持产品概念不变,而对产品的组成部分进行进一步开发或更新。产品再设计的目标是:增加无毒材料的使用,使产品易于再循环,易于拆卸,增加备件和原材料的重复利用,或最大限度减少产品寿命周期中若干阶段的能源使用量。在废物循环再利用领域,生态设计的思想是如何运用的呢?人们提出了“4R”的设计要求,即减量、再利用、循环再生、回收。
“减量”是指产品在既定的功能和价格的前提下,通过合理设计,将使用的资源抑制在最低限度。如:省去使用价值不大的牙膏包装纸盒;同样一只瓦楞纸箱,采用先进的楞型的板纸,使减少纸层后同样可以实现保护商品的功能;用可充式电池代替普通干电池,可重复多次使用,大大地延长产品的使用寿命,相对地减少垃圾产生量;同样容量的一只啤酒瓶,采用薄壁轻量化设计,可比普通啤酒瓶节省30%的材料;将防震产品的运输填充物由实心材料改为空心材料。
“再利用”是指设计的产品在使用后无需加工即可再加以利用,或者以废物的整体形式再利用,或者即使整体不能再利用,零部件仍可再利用。如:用可多次加油、换火石的打火机代替一次性打火机,可减少塑料废物;将食用完的装酱菜的玻璃瓶用作茶杯,不需要加工处理即可实现功能替换。马来西亚还设计出一种装载家具的可折叠硬纸箱,能折叠成多种形状,适合装载不同形状的家具,实现整体通用性。
在考虑重复回收利用时,德国提出了“取回”回用政策,产品不是向消费者出售,而是由生产商“租出”。例如,奥迪公司正在利用回收的旧汽车组件制造新汽车并出租,以减少汽车的废件量,这样做不仅降低了环境负荷,而且节约了资源。与此类似的“出租”产品还有施乐复印机等。此外,柯达公司设计出了易于拆卸和重制的照相机。
“循环再生”是指设计的产品有利于废物作为生产原材料再生回收利用。为此,要求设计出的产品容易拆卸组装,每一零部件避免使用多种不同材料复合,零部件上附有所用材料的标记,便于按材料的不同种类进行分离、再生。尽量选用可再生循环的材料。
“回收”是对废弃物中有用的资源或成分再加以利用,属于部分资源回收的一种方式,它要求设计时采用材料替代品,更有利于回收有用的资源。例如,为了从废塑料薄膜中回收热能,应对于将以焚烧形式处理的塑料制品,选用不含铅的塑料,以免回收时危害环境。再如,回收炼铁厂的热源。我国第一套炼铁厂高炉顶压发电设备已在上海通过鉴定并投入生产。高炉顶压发电的原理是利用高炉炼铁时所产生的大量高压煤气,经过减温减压后输送给用户之间的压力差来进行发电的。这套设备的发电能力为1700千瓦,年发电量可达1000万度。这项热源的回收可获得巨大经济效益。
绿色食品
绿色食品并不是指绿颜色的食品。奶粉可以是绿色食品,牛肉也可以是绿色食品。如果你注意观察,许多食品的包装袋上都有一个小绿苗的标志,旁边有“绿色食品”的字样。这些食品在生产和加工的过程中,尽量不用或少用化学药品。因为化学药品可能会残留在食物中,随着进入人体,对我们的健康造成损害。例如,果园里喷洒农药,农药会残留在水果的表皮中;用生长激素喂猪,激素会进入猪肉中,人吃了这样的猪肉,激素会影响人体的新陈代谢和正常发育。有机食品比绿色食品的要求更严格,它们的生产过程完全不允许使用任何化学合成物质,它们是真正无污染、高品位、高质量的健康产品。
20世纪70年代以来,人们的环保意识日益增强,发达国家的有识之士提出了发展“有机食品生产企业”、消费无害食品的概念。于是,质量优、营养丰富、食用安全的有机食品应运而生,并率先风靡欧美等国,进而推广到世界各地。据有机农业国际联盟统计,目前它已拥有300多个成员组织,分布在60多个国家和地区,拥有有机食品生产企业约1.5万家,年产值达1000多亿美元。
1989年,我国农业部农垦司提出“八五”期间主要抓有机食品,并赋予这类食品一个形象而生动的名称:“绿色食品”。这是我国实施“绿色食品”工程的开端。如今我国“绿色食品”的生产规模已在国际上处于领先地位。通过认证的绿色食品有蔬菜、禽肉蛋鱼、粮油、副食品调料、乳制品、茶叶、咖啡、水果、酒及饮料等。
绿色食品的生产制作、质量和外包装都有一定的标准。绿色食品必须在绝对不受污染的环境中生产和制作。农作物、畜禽、水产品等原料,其:种植、饲养、养殖及加工都必须符合一定的生产操作规程。比如,要划出一批专用的农田来生产绿色食品,选用抗病虫害能力强的优良品种,尽量用天敌方法治虫,用腐熟的有机肥作肥料等,不施用化肥、农药等化学品,使食物中农药等污染物的残留极低。绿色食品的外包装必须符合特别的包装、标签规定,上面必须同时印有绿色食品的商标标志、文字和批准号,其中标志和“绿色食品”4个字为绿色衬托的白色图案。
未来城市的模样
未来的农业