麵臨能源的挑戰
1.化石燃料資源麵臨枯竭的危險
化石燃料是大自然賦予人類的財富，它的總儲量是有限的，花去一點就少一點，總有一天會枯竭的。
據世界能源會議1992年大會期間提出的《1992年能源資源調查》，對世界各國各種能源在1990年的資源調查和產量作了統計。
煤炭：世界各國煤炭探明共可采儲量煙煤和無煙煤5214億噸，次煙煤和褐煤5177億噸，合計10391億噸。1990年產量共計：煙煤和無煙煤33.14億噸，次煙煤和褐煤14.35億噸，合計47.49億噸。還可開采219年。
石油：世界各國原油探明可采儲量共計1348億噸，天然氣液26億噸，合計1374億噸。1990年原油產量30.16億噸，天然氣液產量1.03億噸，合計31.19億噸。還可開采44年。
天然氣：世界各國天然氣探明可采儲量共計128.85萬億立方米，1990年淨產量共2.135萬億立方米，還可開采60年。
鈾資源：31個國家鈾資源探明可采儲量是每公斤80美元以下的共141萬噸鈾，每公斤80～130美元的共67萬噸鈾，合計208萬噸鈾。1990年產量3.18萬噸鈾。還可開采65年。前蘇聯等國，每公斤130美元以下的有80.3萬噸鈾。
水能資源：世界各國統計理論水能蘊藏量34.69萬億千瓦時，可開發水能資源13.97萬億千瓦時，1900年運行中水電裝機容量共5.98億千瓦，年發電量21332億千瓦時。對可開發水能資源相比的利用率為15%。
地熱：24個國家統計地熱發電裝機容量共約600萬千瓦，年發電量300億千瓦時。
風能：世界各國統計風能發電裝機容量共約250萬千瓦，其中美國約160萬千瓦，歐洲諸國50萬千瓦以上。
潮汐能：據估計全世界所有海洋的潮汐能蘊藏量共有22000億千瓦時/年，可經濟開發的約2000億千瓦時/年，現已開發利用的僅6億千瓦時/年。
世界化石燃料探明可采儲量見表3-4。
2.直接燃燒化石燃料已對環境構成嚴重威脅
燃燒化石燃料給環境造成的危害是當今帶世界性的嚴重問題，其結果是使生態環境遭到破壞，人畜受危害。特別是直接燃燒煤炭所造成的環境危害更是觸目驚心。能源的生產和利用過程是產生公害的重要途徑之一。
化石燃料在燃燒過程中都要放出二氧化硫、一氧化碳、煙塵、三四苯並芘、放射性飄塵、氮氧化物、二氧化碳等。這些排放物中，一氧化碳、煙塵會直接危害人畜；三四苯並芘是強致癌物質；放射性飄塵使生物受輻照損傷；二氧化硫和氮氧化物會產生酸雨，使植物死亡，飲水變質；二氧化碳被現代社會認為是造成溫室效應，使地球氣溫升高的罪魁。在煤、油、氣三種化石燃料直接燃燒中，對環境汙染以煤最為嚴重，其次是石油，天然氣相對比較幹淨。
發達國家在工業化初期由於大量燃燒煤炭而付出了沉痛的代價。釀成災難的典型例子是，英國倫敦由於大量燃用煤炭等化石燃料，五六十年代，有霧都之稱。在1952年一次煙霧事件中，死亡人數達4000人，1962年一次死亡人數達750人。美國紐約、日本東京也曾出現過嚴重的大氣汙染，然而由於采取了改變能源結構，減少煤炭消耗，改燒氣體燃料，使大氣質量明顯改觀。在新技術革命到來之時，一些發達國家搶先發展低能耗的高技術產品，將煙囪工業轉嫁給第三世界國家，使得本國的環境質量大大得到改善。倫敦的天空也開始變得湛藍，紐約、東京的空氣也變得潔淨。但是發展中國家的一些城市卻變得越來越髒，而且比50年代西方國家出現過的最壞情況還嚴重。墨西哥城是世界上空氣汙染最嚴重的城市之一；希臘首都雅典因酸雨侵蝕，使許多古代留下的雕塑變成了石膏；我國的本溪市，因為上空煙霧彌漫而在衛星上看不到它。
我國是煤炭大國，煤炭占能源消費的比例達76%，全國每年排入大氣的煙塵達2300萬噸，二氧化硫1460萬噸，其中燃煤排放的煙塵占73%，燃煤排放的二氧化硫占90%。我國大氣汙染是煤煙型汙染，特別是城市每家每戶使用小煤爐做飯和取暖，煤煙出現在離地麵2米以下的呼吸帶，對人體造成嚴重威脅。有的城市煙塵含量已經超過倫敦事件發生時的指標，如果氣象條件出現不利情況，也會出現類似倫敦事件情景。
酸雨會使大片森林毀滅，使農作物減產，使橋梁和建築物受嚴重酸蝕，造成巨大的經濟損失。全國因環境汙染造成的經濟損失每年達800～1000億元。
我國現在已經年產煤炭10億噸以上，預計2000年將達14億噸，到2050年可能達到50億噸。1988年全世界煤炭產量也隻有48.4億噸，也就是說，如果到2050年把相當於現在全世界所有煤炭都放在中國960萬平方公裏的小天地來燒，屆時中國將不可避免地成為一個墨盒子和黑盒子。
亞洲若幹國家首都大氣質量見表3-5。
3.減輕環境汙染的對策
麵對日趨惡化的環境衛生，世界各國都在千方百計采取措施加以改善。他們通過加強規劃，製訂政策，完善管理，開發新技術等多種途徑加以實現。
世界環境保護協會、聯合國環境規劃署和世界野生動物基金會等三個主要環境保護組織，公布了一項挽救地球的全
注：曼穀、雅加達、德裏為工業區。
資料來源：日本《能源經濟》，1993年9月。
麵計劃，呼籲人們大幅度改變生活方式，要求工業化國家把巨大的資源改用於保護環境。
這些組織在計劃中說：“持續發展有賴於對地球的關懷。除非地球豐富的資源和生產力得到保障，否則人類的未來將受到危害。”呼籲減少使用化石燃料，製定嚴厲的全球反汙染標準。
這些組織還敦促各國政府采取限製資源消耗和限製人口的明確政策，並
把這些寫入他們的國家發展規劃。
這些組織認為，高收入和高消費的國家應當抑製浪費和汙染。高消費國家政府應征收能源和其他資源消費稅，以限製使用。世界野生動物基金會英國分會會長喬治·梅德裏說：“富裕國家占世界人口的25%，但消耗的資源卻占地球資源的80%，我們必須認真對待我們的消費和我們的浪費。”
關於人口過多問題，這些組織說，1990年低收入國家約有3.81億對夫婦（占51%）采用了計劃生育方法。他們說，為了使生育率達到聯合國規定的到2000年61億的適中人口目標，到本世紀末還必須有1.86億對夫婦采用避孕方法。
為盡可能地減小對大氣的汙染，世界各工業化國家都采取了一些管理和技術措施。
主要是在涉及燃用化石燃料設備（例如工業鍋爐或電站）的情況下，可采取的管理措施為：規定燃料含硫量的極限。這一措施可能導致片麵利用低硫燃料，以致不適當的利用資源、勞力和運輸方法。避免主要汙染源集中。這一措施能夠改善某些區域的大氣汙染，但對整個地區或全國並無效果。③采用經濟手段減少燃料消耗。除許多工業部門不可能減少其能耗外，也難於進行公正管理。
技術措施主要采用煙道氣淨化技術作為執行一般排放標準的基礎，以保證在排放源減少排放。大多數高度工業化國家均采用這種嚴格而更經濟的空氣汙染控製方法。
采用氣體淨化技術作為減少微粒排放物和氣態散發物，尤其是粉塵、二氧化硫和氮氧化物的主要手段，事實證明是可行的。由於汙染物主要來自少數而較大型固定汙染物，因此，歐洲、北美洲、前蘇聯和日本等高度工業化地區，正采用龐大的區域供暖係統。在供能方麵，這種結構上的發展將為有效地應用氣體淨化技術提供新的基礎。
我國積極采取措施減輕環境汙染。經過反複研究和論證，到本世紀末我國的環保目標是：環境汙染基本得到控製，重點城市環境質量有所提高，自然生態惡化的趨勢有所減緩，逐步使環境與經濟、社會的發展相協調，為實現我國生態係統良性循環，城鄉環境清潔、優美、安靜的遠景目標打下基礎。研究預測表明，要使環境汙染達到“基本控製”的目標，需要投資2800億元，約占同期國民生產總值的1%。改革開放的十多年使我們看到：快速的經濟發展既增加了環境的壓力，也為環境保護提供了強有力的資金支持。因此，要盡可能地保證一定的投資比例以實現環境目標。
國家環保局、國家物價局、財政部、國務院經貿辦聯合以環監［1992］361號文，印發了經國務院批準的《征收工業燃煤二氧化硫排汙費試點方案》。同時，國務院領導同誌還要求進行以下工作：研究限製和禁止開采和使用高硫煤，鼓勵開采和使用低硫煤的問題。研究和修訂二氧化硫排放標準，以及嚴格控製新建項目的二氧化硫排放量的措施。③研究加快現有設備的脫硫技術改造，積極推廣成熟的脫硫技術以及適當引進國外先進技術和設備的問題。④研究加快開發無汙染或少汙染的替代能源，減少燃煤汙染的問題。
我國目前由於大量燃煤產生的二氧化硫汙染問題已經相當突出，電力工業燃煤量約為全國煤炭總消耗量的1/4，到2000年有可能提高到1/3，而且煤質差、含硫高的煤炭往往集中在燃煤電廠使用，因此火力發電廠的二氧化硫排放量較大，較為集中，應當充分重視這一問題。火電廠今後應當盡可能地采用低硫煤，在新建火電廠時要逐步采用除硫裝置，加快開發水力發電和無汙染、少汙染的能源。
4.采取有效措施減輕溫室效應近幾年來，世界上舉行了多次國際性會議，提出了限製二氧化碳排放的種種要求和措施。1989年5月，82國簽署了赫爾辛基宣言；又在多倫多舉行了國際會議，提出2005年減少20%二氧化碳排放量，到下世紀中期要求減少50%。
科學家想出很多辦法來減少溫室效應氣體，這些辦法有的是設想，有的正在認真執行，有的將來有可能實現。這些措施包括：
大力開發核能，代替火力發電和常規供熱，這是核能重新受到重視的原因所在。
發射一大群隊列太陽能衛星，將太陽能轉變成微波，再發回地球變成電能，以減少化石燃料的消耗。
③大力發展海洋藻類和浮遊生物，特別設置巨大的軌道反射器，把太陽光折射到兩極，讓浮遊生物生長，以代替化石燃料。
④設置軌道傘，也就是在太空設置屏障，部分遮住射往地球的太陽，以降低溫度。這種屏蔽層麵積相當大，實現起來比較困難。
⑤停止生產和使用氯氟烴（因為氯氟烴對溫室效應作用更大。一個氯氟烴分子吸熱能力相當於1500個二氧化碳分子），並實施冰箱節電。
開發新技術減少二氧化碳排放——
開發二氧化碳回收技術
日本東京農工大學工學部以鬆永教授為首的研究組開發成功用光纖傳輸陽光培養的藻類可固化CO2的技術。已利用球形藻固化CO2為石灰石小粒，下一步還擬研究利用它做識別小鼠抗體之用。同時該教授已利用該研究組廠家製造的70升大型生物反應器進行連續處理的實用化研究。
鬆永教授認為，這一技術將為回收利用CO2和控製地球溫室效應做出重大貢獻。
日本北陸電力公司開發成功CO2水化物的連續生產技術，為將CO2在深海底埋存處理提供了條件。據有關資料計算，深海中藏於甲烷水化物中的甲烷貯量將為目前地球上已知天然氣貯量的10倍，但過去一直無法開采。應用這一技術後即可將CO2形成水化物埋存於深海，又可將深海甲烷水化物中的甲烷置換出來，實為一舉兩得。北陸電力公司正和富山大學等共同研究有關實用化的基礎技術。
繁殖浮遊生物吸收空氣中的二氧化碳
科學家們對海洋生物進行仔細研究發現，一種特大浮遊生物的數量比人們預料的還要豐富，並且它可能正吸收著空氣中大量的二氧化碳，從而將使地球變溫的速度要比預測的慢。
研究表明，一種束毛藻屬生物體會吸收空氣中的氮，是海洋中的一個比預料的還要大的固氮源。科學家們原來認為海水中缺氮，以上新發現也許會改變這種情況。
浮遊生物像有葉植物一樣，吸收太陽能，並把二氧化碳和氮轉化成體內組織。這一光合作用過程是地球上幾乎所有食物的基本來源。
束毛藻的直徑3毫米，它可吸收碳，一些甲殼動物和魚都吃它，動物的糞粒和屍骨殘骸則沉積在海底。
將二氧化碳轉化為汽油
日本京都大學教授乾智行所領導的研究小組，開發成功由二氧化碳提煉合成汽油的新技術。它的回收率非常高。
具體辦法是：將二氧化碳注入反應器中，第一次通過時，有26%轉化為汽油，將未轉化為汽油的氣體反複通過轉化裝置，結果可使90%以上的二氧化碳成功地合成為汽油。
該研究小組推算，如果該係統裝置在200萬千瓦級的電廠內，每天可製造出14000噸汽油。
研究工作從5年前開始，最初是利用二氧化碳與氫氣反應成甲醇，然後將甲醇直接轉變成汽油。
二氧化碳與氫氣的比是1∶3。由於二氧化碳較穩定，不易變為其他物質，研究組不斷改善催化劑，才闖過了難關。
將二氧化碳轉化為乙烯
日本熊本工大、熊本大學和科技廳理化技術研究所組成的研究小組，利用生物基因工程培養成一種特點藍藻，並利用它把CO2製成乙烯，盡管目前效率還很低，但通過對藍藻的改良還可以提高。另CO2是造成溫室效應的主要氣體，日本已決定到2000年仍控製在1990年的排放水平，但難度很大；而作為工業重要原料的乙烯是用石油製成的，故此法實施後對防止溫室效應和代替石油將做出重大貢獻，從而發展前途很好。
5.開發推廣潔淨煤技術是避免“公害”必由之路潔淨煤技術（CleanCoalTechnology）一詞來源於美國，1980年列入能源詞典。它是針對燃煤對環境造成汙染提出的技術對策。所以潔淨煤技術包括煤炭利用各環節的淨化和減輕汙染的技術。針對燃煤帶來的廢渣、廢氣和廢水等方麵問題，潔淨煤技術的構成如下：
從燃燒前、中、後三階段淨化技術看，越往後難度越大投資及成本越高。因此，世界各國在分段抓好各環節淨化技術的同時，都分階段進行技術經濟效益優化。現擇其主要進行簡單介紹。
世界各國潔淨煤技術的開發研究和推廣——
鑒於未來能源結構中煤炭仍然占有重要位置和人類麵臨的環境生態問題越加嚴峻等實際情況，世界各國對潔淨煤技術的研究和推廣給予了高度重視，它們都製訂了各自的發展潔淨煤技術的計劃，而且取得顯著的成效。
美國大力推進潔淨煤的商用化
美國是煤炭儲量最大的國家，儲量占世界總儲量的29%。在一次能源消費中，煤炭占1/4。全美有一半以上的電站是燃煤電站，因此美國對減少燃煤電站的汙染，特別是脫硫技術十分重視。
美國潔淨煤技術的發展分三個階段：60年代為實驗室研究階段；70～80年代為中試階段；90年代為工業示範階段。
美國能源部已擬訂了一係列潔淨煤燃燒計劃。實施這個計劃的目的是在煤氣化的基礎上發展高效低汙染發電技術，並使其商業化。以前的實踐證實，這種技術能比普通的煤燃燒技術多生產25%的電力，而治汙費用減少60%。美國聯邦政府為此將投資5.68億美元，其中75%用於第二階段煤氣化研究。其他投資用來發展高性能汙染控製設備，政府要求盡可能利用老廠原有設備。據能源部介紹，整個計劃的總預算為15億美元。
近10年來，美國國內淨化燒煤發展迅速。據美國愛迪生電力研究所估計，美國到本世紀末需新增1～2億千瓦裝機容量，其中大部分是燒煤電站。發展新的更有效的潔淨煤技術，可使這些煤電站的投資費用減少30%～50%。據調查，70年代美國電力公司在采用滌氣器和其他方法減少大氣汙染方麵花了42億美元，80年代這一數字達1000億美元。到1990年，電力工業為實行規定的汙染控製總共花費1850億美元。美國能源部估計，現有電站鍋爐改造成噴石灰多段燃燒器，可使二氧化硫和氮氧化物排放量減少50%～60%。美國技術評審局估計，20萬千瓦以下的采用流化床鍋爐的機組，投資為1360～1680美元/千瓦。
美國能源部開發先進的外燃式煤基聯合循環發電技術，目標是高效率（超過50%）、低汙染（CO2排放比煤粉爐少25%）、經濟性、環境效益和性能超過其他技術。
此外，美國能源部發展煤基車用燃料，它把煤轉換成煤氣再製成二甲基醚用作車用汽油的富氧添加劑，以減少汙染物排放。
亞洲地區采用潔淨煤技術具有重要意義
目前亞洲地區每年消費15億噸煤，而且以每年6000萬噸的速度增加。美國東西方中心煤炭研究項目負責人說，煤炭的低效利用和缺乏汙染控製手段，導致許多城市的大氣汙染達到不可接受的水平。但在今後20年內煤炭仍是亞洲最便宜、最豐富的能源。因此，先進的、效率更高、汙染較少的煤炭利用技術是唯一現實的選擇。
日本和美國正在開發的先進煤炭技術，可用於亞洲國家。但燒煤電廠采用這些技術，投資要增加15%～30%，而許多亞洲國家的電力公司缺乏資金和技術經驗。這樣一個重大而複雜的問題不是任何一個國家能夠獨自解決的。亞太經濟合作組織可促進先進的煤炭利用技術的主要提供者與用戶之間的合作。他希望在東西方中心建立亞太經濟合作組織潔淨煤技術中心，進行信息交流和培訓。
日本積極開發潔淨煤技術
日本正在建設潔淨煤技術中心，以促進亞太地區潔淨煤技術的開發和技術轉讓。
日本的“綠色計劃和煤流計劃”建立在先進的汙染物控製技術的基礎上，日本70年代開始采用煙氣脫硫裝置，目前已有90%的燒煤電站安裝煙氣脫硫裝置，是主要煤炭消費國中比例最高的；約70%的燒煤電站裝有脫氮係統；所有燒煤電站都裝有高效除塵裝置。
中國重視研究開發潔淨煤技術
中國是世界最大煤炭生產國和消費國之一，也是世界上少數幾個能源以煤炭為主的國家之一。預見將來，中國也不可能減少煤炭消費。唯一可供選擇的方案是發展潔淨煤技術。因此，潔淨煤技術是中國能源的未來，對我國來說有著深遠的意義。首先可大幅度減少大氣汙染物排放，從而在環境允許條件下可擴大煤炭的作用。其二是可大大提高煤炭利用效率和經濟效益，降低煤炭需求的增長速度，減緩二氧化碳排放的增長。其三是可促進中國能源供應向多樣化方向發展。21世紀，隨著煤基合成燃料的大規模生產，它將可能成為國產液體燃料的主要來源。
我國經過多年努力，在潔淨煤技術研究和應用方麵已取得了不少成果，例如在開發研究先進的選煤技術，大力推廣型煤，研製和生產水煤漿，研究開發煤的先進發電技術及研究磁流體發電技術等方麵都取得了可喜的進展。
開發先進潔淨煤技術——選煤是潔淨煤技術的主導技術之一
選煤可以大大減少煤中灰分和硫分。選煤分為物理選煤、化學選煤和生物選煤三部分。常規的物理選煤可脫除60%的灰分和30%～60%的黃鐵礦硫，化學和生物選煤方法可脫除90%的黃鐵礦硫和有機硫，但成本比物理選煤為高。目前正在開發的先進的物理選煤技術可脫除90%以上的黃鐵礦硫和灰分。物理方法雖然不能脫除有機硫，但可使單位發熱量的含硫率大大降低。而且根據我國是高硫煤的特點，高硫煤中的硫，大部分以黃鐵礦硫為主，且黃鐵礦在煤中多數以單獨的團塊或顆粒狀存在，可以用費用較低的物理方法脫除。