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二氧化碳的故事:小分子,大世界

包郵 二氧化碳的故事:小分子,大世界

出版社：科學出版社出版時間：2021-06-01
開本： A5 頁數： 244
本類榜單：自然科學銷量榜
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二氧化碳的故事:小分子,大世界 版權信息

二氧化碳的故事:小分子,大世界 本書特色

化學、化工、材料、物理、環境等理工科學生、教師，政府政策制定人員，涉及節能減排的企業，環境檢測、保護工作者，科技創新創業者，以及具有基本科學素養的大眾。

二氧化碳的故事:小分子,大世界 內容簡介

當今的氣候危機要求社會各界大幅度減少二氧化碳排放。《二氧化碳的故事：小分子，大世界》緊貼這一重要話題，匯總一系列很好科學和新興技術，展示如何將二氧化碳轉換成種類紛繁的產品,如化學原料、聚合物、藥品、燃料。這些方法技術許多已然商業化，令我們不重新審視二氧化碳分子：與其將其看作萬惡之源，不如視其為有利資源，并在我們對抗災難性氣候變化的百寶箱中，加入“碳捕集與利用”這一有力工具。
    《二氧化碳的故事：小分子，大世界》從原子的角度到宇宙的角度，探索二氧化碳的方方面面，帶讀者進入我們的物質世界，開啟一段史詩般的旅程：從宇宙大爆炸的那一刻開始，一直到大氣CO2濃度不斷攀升的當今世界。本故事旨在用**的碳利用技術激勵讀者，并解釋在向可持續能源經濟轉變的過程中，其如何適應更廣泛的碳減排戰略背景。

二氧化碳的故事:小分子,大世界 目錄

目錄
前言 001
致謝 007
二氧化碳之賦 010
1 利弊以及與油相關 011
都在空中——懸而未決 014
全球排放趨勢 019
全球能源趨勢 025
排放的驅動力 035
一場與時間的賽跑 039
關鍵要點 041
2 從太空到地球，從地球到太空 043
回到起點 044
探索地球的碳循環 046
追尋碳足跡 054
溫室效應和我們正在變暖的星球 056
單層大氣模型 062
溫室氣體 066
關鍵要點 073
3 直面氣候變化 075
對“人類世”的態度 076
感知、文化與環境 083
氣候正義和未來的道路 086
關鍵要點 093
4 “頑固”的排放 095
細節決定成敗 096
清除還是捕獲？ 099
進退兩難 107
一種新的思維方式 113
關鍵要點 116
5 對二氧化碳賦能 119
克服能壘 121
氫的難題 128
CO2需要電還是電需要CO2？ 135
關鍵要點 140
6 一個二氧化碳的世界 143
無化石燃料 144
把肥料弄清楚 148
無污染塑料 151
令人印象深刻的礦化 154
可持續煉鋼 157
緩解甲烷問題 161
碳中和冷卻技術 163
關鍵要點 166
7 整合全局 167
使之成為現實 171
對未來經濟的設想 174
光明的未來 181
關鍵要點 186
附錄A 轉化二氧化碳的公司 188
附錄B 擴展閱讀 198
參考文獻 199
插圖和轉載來源 219
索引 221
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二氧化碳的故事:小分子,大世界 節選

前言 　　生活中沒有可怕的東西，只有需要理解的東西。現在是時候多了解一些，這樣我們就可以少一些恐懼。 　　——瑪麗 斯克洛多夫斯卡 居里 　　從事學術研究的科學家往往被視為是與社會和政治脫節的人群。不知何故，即使是在2019年，傳說中孤獨而又衣冠不整的教授們被鎖在辦公室里，淹沒于布滿灰塵的書叢，在紙上奮筆疾書的情景，仍然彌漫于我們對學術研究的看法中。我們在大學里的人都知道，這種刻板印象與事實相去甚遠，而強有力的合作和有效的溝通才是現代研究型科學家成功的基礎。然而，真實的情況是，當今的教授和研究生的任務都是非常苛刻的：撰寫申請書、教學、研究和管理職責可以輕易填滿一周的大部分時間。偏離自己專注的研究項目并不是一件微不足道的事情，而且通常不會被社群所原諒。 　　造就本書的研究、寫作和咨詢，無疑是一種偏離研究的練習。我們擁有納米化學和材料科學方面的專業知識，我們潛心研究可能使二氧化碳（CO2）發生化學反應并產生其他化合物的催化過程。然而，像其他人一樣，我們生活在氣候變化的威脅下。如果我們要遏制全球氣溫上升，以維持地球上宜居的環境，那么停止向大氣中排放二氧化碳則已成為當務之急。自然而然地，我們開始好奇我們對二氧化碳的研究是如何順應減緩全球氣候變化戰略的大局的。事實證明，盡管我們的實驗室與化工廠的規模相差甚遠，但納米化學和材料科學的基礎研究是改進當前碳相關技術和工業流程的重要環節。 　　自20世紀60年代**批預測全球變暖的預警報告被發布，氣候變化已經逐漸傳播到公眾意識中，并成為我們這個時代無可爭議的*大問題。盡管觀點總是會有所不同，但許多人，無論其政治傾向或經濟信仰如何，都認識到氣候變化與人為碳排放有關，并需要采取明確的行動來應對。在撰寫這份研究時，即2019年9月，不少于700萬人參加了一場全球氣候大罷工。隨著青年領導的運動日益增多，以及越來越多的國家和市政當局宣布進入氣候緊急狀態，這一問題的緊迫性便變得再明顯不過了。“綠色新政”依據“富蘭克林 羅斯福新政”在應對大蕭條時的精神而設立——以公正合理的方式向一種零排放經濟過渡，如今已在美國成為一項立法提議，并且其他國家也正在迅速跟進開發他們自己的版本。目前，圍繞氣候變化的社會和政治力量每天都在變化，我們意識到，當讀者閱讀到本書的時候，部分內容都可能已經過時了。 　　盡管減緩排放的緊迫性終于在主流媒體上變得明顯，但完全脫離我們目前以化石燃料為基礎的經濟的可能性仍然不斷受到質疑。電動汽車是燃料發動機汽車的明確替代品，但對于航空旅行，似乎還沒有這種切實可行的解決方案。從農田里的肥料到自行車輪胎上的橡膠，今天使用的大多數化學物質和材料仍然來自化石產品。本書提出的想法旨在證明，我們所有的現代工業——從發電到運輸、從農業到制造業——在運行過程中不向大氣中釋放更多的二氧化碳，在技術上是可能的。在向零排放經濟轉型的過程中，可再生發電、氫燃料和二氧化碳本身都將發揮重要作用。然而，這個故事的核心是這樣一個概念，即二氧化碳不僅可以被捕獲和隔離，而且還可以被轉化為各種各樣的產品：從化學原料到聚合物、水泥、藥物再到合成燃料。通過這些篇目，我們試圖讓大家了解*新的科學研究和技術，希望能讓大家對未來的無排放世界有一個更清晰的認識。 　　在進一步討論之前，我們應該強調的是，雖然科學可以解釋氣候變化的起源及其影響，但它不能單獨解決這個問題。氣候變化是一個復雜的環境、經濟和社會問題，需要全面、系統的解決方案。盡管科學技術在減少我們的排放方面不可避免地發揮了重要作用，但解決方案只有在實施時才真正有效。正如我們將要看到的，我們的步子已經走得太快了，不能指望單靠良好的工程設計和市場信號就能消除我們的碳排放。在實現將我們的星球向低碳未來過渡所需的系統性變革方面，明智的政策、強有力的公眾支持和堅定的政治意愿，將與技術知識同樣重要，甚至更為重要。 　　因此，盡管我們能盡*大努力來制定策略，但我們無法提供一個全面的計劃來應對氣候變化。說到這里，其實已有許多關于這個主題的文字材料，有興趣的讀者可參見附錄B擴展閱讀。相對而言，本書所講述的故事則旨在激發具有科學傾向的觀眾以及具有廣泛興趣的讀者關注*新的二氧化碳技術，以及它們如何能與更廣泛的碳減排技術策略相銜接。 　　《二氧化碳的故事：小分子，大世界》共七章，從原子尺度到宇宙視角，講述了二氧化碳的方方面面。與其采用嚴格的技術觀點，本書更樂于將基本的科學概念與經濟、工程和技術交織在一起。每一章后面都附有關鍵要點。第1章“利弊以及與油相關”概述了世界能源經濟的演變，強調了我們目前對化石能源的依賴。該章首先介紹了《巴黎協定》，然后深入介紹了當前全球能源結構和預計的全球能源趨勢。討論了各種能源形式和我們當前的能源消耗需求。該章的結論是，盡管可再生能源供應商、技術的市場份額不斷增加，但我們日益增長的人口仍嚴重依賴化石燃料，這意味著這些數字預計在不久的將來還會持續增長。 　　第2章“從太空到地球，從地球到太空”從CO2分子在宇宙大爆炸中的起源以及在太陽系行星大氣中的分布開始。然后，我們討論了CO2在地球生命創造、生物礦化過程和地球自然碳循環中的作用。我們更詳細地敘述了四個主要碳儲存庫之間的碳交換，并討論了使用碳同位素追蹤技術來追蹤我們地球上的碳的源頭。然后，我們對溫室效應進行了詳細的解釋，并帶領讀者通過一個簡單的數學模型，來預測大氣狀況的微小改變帶來的溫度上升。該章*后討論了大氣中不斷上升的二氧化碳水平，以及它們已經對我們的氣候和健康造成的后果。 　　與前兩章形成對比的是，第3章“直面氣候變化”討論了社會、政治和倫理方面的應對策略。它從明確對氣候變化采取行動造成阻礙的四種態度開始，進一步詳述了收入、生活方式和身份如何幫助塑造我們對環境和氣候的看法。該章簡要地涵蓋了氣候正義的話題，以及為有效、公平、公正的解決方案而努力的必要性。 　　第4章“‘頑固’的排放”詳細說明了某些工業過程在去碳化方面比其他過程更具挑戰性的原因。該章介紹了碳捕集與封存的概念，并以介紹捕獲、回收和再利用CO2以實現更快的能源轉換的概念為結尾。 　　第5章“對二氧化碳賦能”涵蓋了回收CO2的技術挑戰，并介紹了以熱能、電力或陽光形式的能源如何能幫助將其轉化為有用的產品。我們接著討論了CO2技術的其他關鍵方面，即氫、水和可再生電力，以及如何以可持續的方式獲取這些資源。 　　第6章“一個二氧化碳的世界”使用前幾章提供的信息來舉例說明二氧化碳的捕集、封存和利用技術，這些技術可能會被整合到我們的產業中。該章涵蓋了從肥料生產到混凝土制造再到空氣調節等方方面面。 　　*后，第7章“整合全局”闡述了將這些技術推向市場的大局性前提，并分享了未來CO2煉油廠的愿景。該章還提供了一個總結性列表，囊括了可持續生產關鍵大宗產品所需的重點化學品和材料，以及如何能夠避免使用化石資源而獲取它們。該章*后提供了一系列實用的方法，令讀者也可以出一份力。 　　附錄A提供了一份雖不完整但還算詳細的現有公司名單，這些公司的產品和工藝均以CO2利用技術為基礎。附錄B為擴展閱讀。在本書的結尾，讀者應該能夠切實理解二氧化碳轉換技術如何為經濟、環境和社會提供巨大的利益。 　　一些短文穿插在正文中作為選讀，方便更好奇的讀者深入研究某些主題。鑒于本書的高度跨學科精神，所有的技術術語都以邊框的形式定義在正文相關段落，以幫助讀者了解新的“行話”。文中包含了示意圖和插圖，以豐富讀者的閱讀體驗，并使行文盡可能引人入勝，特別是針對非專業人士。我們為那些希望進一步探索任何觀點或參考原始資料的讀者提供了引文；書末的參考文獻按照**次出現在正文時的順序被編號。盡管如此，我們仍然認識到，這些章節中所涵蓋的一些材料對那些幾乎沒有科學背景的讀者來說可能是非常新的。其實在不影響每一章的關鍵信息的情況下，大部分技術細節是可以忽略的。因此，雖然我們鼓勵讀者在學習新材料時挑戰自己，但我們完全贊成有選擇地閱讀這本書，以保證對所有不同教育背景的個人而言都有愉快和滿意的體驗。 　　作為科學家，我們很高興分享一些*新的新興科學，這些科學正在改變CO2的回收能力。我們認為，公眾在應對氣候變化的有效解決方案方面收到了相互矛盾的信息的情況下，本書的故事對當今的政治和文化氛圍至關重要。我們還認為，科學家有責任讓更廣泛的群體了解新技術的潛在影響。循證決策是我們努力探尋不斷變化的能源格局時**可行的指南，而減緩碳排放和氣候變化的政治行動的關鍵發起者，也終將是增進了見識的公眾。 　　遵循居里夫人箴言中的精神，我們希望CO2的故事能激發你對非化石燃料CO2分子和它所能提供的一切報以賞識和樂觀。

二氧化碳的故事:小分子,大世界 作者簡介

杰弗里·厄津（GEOFFREY A.OZIN） 多倫多大學杰出教授，加拿大政府材料化學、納米化學領域首席科學家。

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