World Environment Day（世界环境日）为每年的6月5日，它反映了世界各国人民对环境问题的认识和态度，表达了人类对美好环境的向往和追求。

本期，小编精心为大家挑选了由（美）M. B. 麦克尔罗伊（Michael B. McElroy）著；鲁玺，王书肖，郝吉明译《能源与气候： 前景展望》，从中摘编了部分内容，谨以此献给我们共同热爱的中国环境事业。

《能源与气候： 前景展望》是麦克尔罗伊教授在能源与环境领域的又一部力著，处处体现了他的智慧、卓见以及多年的研究心得。作者针对全球变暖和极端天气事件频发的现状，详尽分析了人为因素导致的气候变化以及全球能源系统的演变历程。

《能源与气候： 前景展望》不仅剖析了化石能源存在的问题与挑战，也探讨了各种低碳能源技术的应用前景，包括风能、太阳能、水能、地热能、潮汐能和生物质能等。

不同于其他能源与气候领域的专业书籍，《能源与气候： 前景展望》从地球发展演变的视角出发分析能源与气候变化的相关问题，冷静客观地向人类提出警示：我们必须摆脱对化石能源的依赖，开发替代性新能源势在必行，刻不容缓。除此之外，作者还特别关注中国的能源使用现状和发展前景，认为中国在应对全球气候变化的挑战中将发挥关键作用。麦克尔罗伊教授采用简明诙谐的语言和生动有趣的实例阐释了严肃深奥的能源与气候问题，深入浅出，通俗易懂。

三位译者在不同阶段分别与麦克尔罗伊教授合作共事。郝吉明院士与麦克尔罗伊教授有着20 多年的研究合作，他们不仅是同事也是老朋友。王书肖和鲁玺是麦克尔罗伊教授亲自指导的博士后与博士研究生。在译者看来，《能源与气候： 前景展望》体现了麦克尔罗伊教授作为科学家和教育家所具备的探寻真理、思考现实问题并积极寻求解决方案的坚韧和勇气，以及以推动人类社会可持续发展为己任，致力于改善地球环境的责任感和使命感。

作者简介

M. B. 麦克尔罗伊（M. B. McElroy）

美国哈佛大学Gilbert Butler环境学教授，全球著名的环境学家。他29岁时就被聘为哈佛大学的终身教授，创建了哈佛大学的两大院系（环境科学与公共政策系、地球与行星科学系），并担任首任系主任。麦克尔罗伊教授领导创办了哈佛大学环境中心和中国项目组，多年来一直致力于推动中美两国在环境、气候与能源方面的合作交流。麦克尔罗伊教授曾任美国政府的环境顾问，被美国前副总统、2007年诺贝尔和平奖得主戈尔先生誉为自己在“气候变化方面的启蒙导师”。

人类活动导致的气候变化

通过对极地冰川中捕获的气体进行测定，分析大气组成的长期变化，我们发现目前大气中温室气体含量比过去至少80 万年任何时间都要高。自1890 年以来，全球地表平均温度升高了约1.1℃。其中超过一半出现在1970 年以后。这一现象背后的原因即与人类活动有关：首先，我们对作为一次能源的化石能源的依赖程度不断增强；其次，全球人口数量有史以来首次突破70 亿，迅速的人口增长也带来了巨大的能源和技术需求压力。

与煤炭、石油和天然气燃烧相关的污染物排放增加是导致CO₂含量升高的主要因素。1995～2007 年间，传统化石燃料燃烧导致大气中CO₂含量上升了893 亿吨（地球上人均排放接近13 吨），其中29%转移到海洋，15%由生物圈吸收，57%保留在大气层。如果全球能源政策没有重大改变，当今加速排放的趋势会延续至未来。与工业化前的水平相比，接下来几十年内，预计CO₂浓度将会增长多达两倍（将超过560 ppm）。

近期我们观测到气候变化造成的广泛影响，其中之一为调节热带和亚热带气候条件的哈得来环流出现扩张；北冰洋海冰厚度缩减，该区域夏季冰层覆盖面积减小，以及覆盖格陵兰岛和南极洲主要冰川的冰层质量降低。如果未来哈得来环流持续扩张，可能会导致沙漠向高纬度区域迁移。近些年全球天气变得越来越异常，洪水、旱灾、强风暴、极端热浪以及失控的森林火灾不断出现，且这些极端天气事件越来越严重。这将威胁到对道路、桥梁、交通系统、工业设备、居民区等基础设施进行昂贵投资的可行性，也为基础能源供应和通信服务等重要系统的有序运行带来挑战。

典型能源介绍

煤：充足但存在着问题

2011 年，中国煤炭消费量占世界煤炭消费总量的49.3%。美国（13.5%）、印度（7.9%）和日本（3.2%）分别排名第二到第四位。2011 年亚太地区煤炭消费量占全球总消费量的71.2%，北美占14.3%（美国、加拿大、墨西哥），欧洲和欧亚大陆（包括俄罗斯和乌克兰）占13.4%。

煤炭是空气污染和酸雨的来源。消耗煤炭时产生的黑烟主要影响下层空气。这种黑烟是由煤烟与黑炭组成的复杂混合物，是煤炭燃烧不完全的产物，并混合有多种不同矿物质。除此之外，排放物还包括一系列有毒气体，特别是二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳。

核能：乐观的开端，暗淡的未来

核燃料发生反应释放能量的过程中，组成燃料原子核的质子和中子将进行重新排列。民用核反应堆使用²³⁵U作为原料，其使用的²³⁵U丰度通常会达到3%。²³⁸U吸收高能中子后可以产生钚，而钚可以用来制造核弹。一个标准反应堆中，²³⁵U每吸收10个中子，就会有平均6个中子被²³⁸U吸收，产生²³⁹Pu。因此必须采取措施保护使用后的燃料，确保钚的安全。

三里岛、切尔诺贝利以及最近的福岛核事故严重打击了公众对核电安全的信心，核电的发展陷入停滞。公众的这种不安情绪很大程度上是由于对核电的本质缺乏了解，并且不清楚在这些核事故中究竟发生了什么。目前只有切尔诺贝利核事故中有人因暴露于核辐射而死亡；即便在这个案例中，死亡人数也相对较低。相比之下，有成千上万的人因燃煤发电导致的空气污染而死亡或遭受严重疾病。

短期内美国和其他OECD 国家核电事业复苏前景暗淡。原因不仅在于公众对核电安全缺乏信心，也在于核电的成本高昂。目前，核电与天然气或风电等替代能源相比，不具备成本竞争力。未来全球核工业增长最有可能出现在中国这样的国家，他们并非单纯基于利益得失进行决策，还会考虑其他因素。以中国为例，其优先考虑的事项包括确保能源多样性以满足国内持续增长的电力需求，减少传统能源导致的空气污染，以及控制未来CO₂排放量的增长。

风能：机遇和挑战

通过对各国的陆上和海上风能发电潜力进行分析，我们发现风力发电原则上足以满足各主要CO₂排放国的大部分用电需求。但是，风力资源的变动性为电力系统带来了挑战，因为电力系统一直设法达成电力的供需平衡。将相距1000 km 以内的风电场的电能输出耦合可以减少风力发电输出的不稳定性；采用抽水蓄能水力发电等储能等技术也可以稳定风电输出。

目前电力市场的运营主要以需求为主导。当电力供给有限时，如果电力系统可以调整非必需用电服务的需求量，市场的运转将会更有效率。智能电网技术将能够帮助电力系统将风能等变动性能源并入其复合供电网络中，同时提升整个电力系统的运转效率。

中国风力发电装机容量为世界第一，但在发电量方面落后于美国，主要原因在于中国的风力发电设备在冬天需要频繁关闭。在冬天，燃煤热电联产工厂需要为区域供暖提供热水，因此不得不持续运转，使中国的风力发电厂闲置。推动电能取代热水为建筑供暖可以改善这种低效率的局面。

风能和太阳能将成为未来电力的主要来源。通过对国家配电系统进行投资，可以缓解风能和太阳能发电的波动性带来的挑战。例如，优化当前美国电力系统中三个高度独立的电网之间的连接，能够使电力从风能资源丰富的中西部地区及太阳能资源丰富的西南部地区更高效地传输至西部和东部的高电力需求地区。

非化石能源提供的电力在环境和经济方面具有很大优势，可以替代汽油和柴油为汽车和轻型卡车提供动力。新增电动车辆中的电池可以为电力的分布式存储提供重要的发展机遇。这些电动车辆的电池可以在夜间电力需求低时充电。假设电池和电力设施是双向连接的，则在常规电力供应无法满足需求的情况下，一部分电池可用于向电网传输电力。这种电力分布式存储能够在一定程度上缓解由于太阳能和风能供电不稳定而导致的问题。

核能将为实现未来的低碳排放目标做出重要贡献。目前由于公众反对和成本问题，在短期内美国的核能发展前景有限；而中国的核能发展前景更为乐观。

电力驱动的热泵可以代替天然气和石油（至少作为天然气和石油的补充），为住宅和商业建筑进行供暖。假设热泵的电力来自非化石能源，则可以为减少将来CO₂的排放提供额外的机遇。此外，对现有建筑的保温隔热进行有针对性的投资，并完善建筑规范以鼓励更节能的设计，能够减少建筑物供暖的能源需求。

实现未来低碳排放的目标需要付出的代价未必是高昂的，而且实现这一目标能够为提高就业率、更新基础设施、保障能源安全和提高国际领导力方面带来一系列好处。成功实现这一目标需要政府的承诺，并需要制定相关的教育计划，使人们就实现低碳未来的重要性达成广泛共识。