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碳循環 從天而降的生物能源產業革命 版權信息
- ISBN：9787513676922
- 條形碼：9787513676922 ; 978-7-5136-7692-2
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
碳循環 從天而降的生物能源產業革命 本書特色
本書可作為生物質能源、地球化學、環境工程、農業等技術人員與研究人員的參考用書，也可供經濟學、新能源等領域讀者參考
碳循環 從天而降的生物能源產業革命 內容簡介
迄今為止，人類工業化發展的過程，也就是通過集中氧化（燃燒）地下的化石能源獲取其中儲備的太陽能后，重新將CO?返還到大氣碳循環系統中的過程，在這一過程中，不僅創造出了偉大的現代工業文明成果，造就了我們今天的生活模式，而且為地球生物質的再次繁榮與全面實現能源的可持續發展創造了重要的物質基礎——碳。 本書從地質學、古生物學、古氣候學等多個領域探索了大氣中CO?與植被互為消長的規律及其所產生的聚煤期與貧煤期的周期性；從光合作用機理、基因工程學的角度出發，研究了未來大氣CO?濃度快速增加的情況下，生物增長的速度、規模滿足人類能源發展所需的可能性與可行性；從能源農業、生物質能源應用技術、物質能源在不同條件下的經濟性等角度，展望了生物質能源*終全面替代化石能源的機遇、方法、趨勢。
碳循環 從天而降的生物能源產業革命 目錄
**章 CO2、碳基生命與氣候循環
**節 CO2濃度與植物的發展 2
一、原核生物的光合作用與氧氣的產生 2
二、海洋生物發展階段的地球環境 4
三、陸生植物繁衍階段的CO2濃度 5
四、CO2濃度的波動降低與聚煤作用的逐漸減弱 7
第二節 地球植物與氣候的關系 13
一、氣候及碳循環模型的建立 13
二、溫室效應與地球生態 16
三、太陽活動對地球生態環境的影響 18
四、光合作用在儲能和平抑太陽能方面的作用 20
第三節 從太原石炭—二疊系地質剖面看地球的氣候周期 25
一、石炭紀陸地生物大爆發 26
二、石炭紀森林崩潰 27
三、二疊紀冰期 28
四、二疊紀生物大滅絕 29
五、二疊紀末期與三疊紀早期的赤地千里 29
第四節 從地球歷史的角度看今天的氣候變化 31
一、人類時代在地球氣候循環過程中的階段分析 31
二、第四紀黃土的形成與后冰期時代 33
三、地球氣候正進入溫暖期 35
四、變暖、變濕、CO2上升——一個新的環境正在形成 36
第二章 只要太陽依然存在，地球能源永不枯竭
**節 太陽與地球的太陽能 46
一、太陽質量與核反應能量 46
二、太陽的年齡與壽命 47
三、進入地球的太陽能量與分布 48
四、進入地球的太陽能的儲存與保留狀況 51
第二節 化石能源是地球歷史上太陽能的儲備 52
一、所有的化石能源均來源于光合作用 52
二、生物發展過程伴隨化石能源的形成過程 53
三、不同的生物環境形成了不同的化石能源品種 55
四、生物掩埋過程與化石能源的形成 57
第三節 可再生能源是太陽和太陽能作用的結果 60
一、關于地球能源的分類與評價 60
二、風能與大氣環流 61
三、水能與水循環 62
四、淺層地熱能 63
五、潮汐能 64
六、光伏能與生物質能 65
第四節 光合作用是收集、儲存太陽能的*佳途徑 65
一、生物能源發電與太陽能發電的比較 66
二、生物能源發電與風能發電的比較 69
三、生物能源與水能的比較 71
四、生物質生產與化石能源再開采的經濟比較 72
第三章 巖石圈、生物圈和大氣圈的碳平衡
**節 巖石圈、生物圈、大氣圈的碳總量及循環模式 78
一、巖石圈、生物圈與大氣圈的碳總量 78
二、巖石圈與大氣圈的碳循環模式 79
三、生物圈與大氣圈的碳循環模式 80
四、碳循環與新一輪生態發展的開始 83
第二節 在地球碳循環過程中找到一個新的平衡點 84
一、地質歷史上新生代及當代碳循環模型的建立 84
二、無碳排放政策干預條件下的情景分析 86
三、滿足《聯合國氣候變化框架公約》下的情景分析 86
四、本模型下新的平衡點 87
第三節 地球大氣的碳平衡 88
一、化石能源的燃燒——CO2的正調節機制 88
二、生物質與農業能源——CO2的負調節機制 89
三、碳平衡的調節與生態環境的優化 89
第四章 生物技術的突破與生物能源主導未來
**節 基因工程技術發展與光合作用效率的提高 94
一、通過改變C3與C4植物的基因提高光合作用效率 95
二、通過延緩葉片衰老來提高光合作用效率 98
三、通過提高氮素利用率進而提高光合作用效率 98
四、通過修飾植株株型提高光合作用效率 99
五、通過提高水分利用率提高光合作用效率 100
第二節 生物能源原料的改良與發展 101
一、對淀粉和糖類作物的改良 101
二、對纖維素類植物的改良 102
三、對油脂類能源植物的改良 105
四、對藻類能源植物的改良 107
第三節 當生物質主導人類能源需求時 110
一、生物能源替代化石能源的必然性 110
二、光合速率與*佳CO2濃度 112
三、滿足人類能量消耗的生物質再生能力評估 113
四、綠色地球與人類生存環境的根本改善 118
第五章 化石能源與生物能源的互補性
**節 化石能源是生物能源發展的必要支持 124
一、化石能源改變了人類的生存方式 124
二、化石能源釋放了深埋地下的碳元素 129
三、生物能源成為主導能源尚需一個發展過程 130
四、化石能源為生物能源應用提供了基礎設施與保障 133
第二節 化石能源與過渡期的能源保障 134
一、各種化石能源的探明儲量與生產情況 134
二、煤炭是可持續發揮作用的化石能源 138
第三節 化石能源與清潔技術的推廣 140
一、化石能源規模化應用尚有空間與時間 140
二、化石能源應用的*大阻礙是污染問題 141
三、化石能源清潔應用技術的發展 143
四、提前布局生物能源農業，全面推動生物質碳匯工程 147
第四節 煤炭的未來——精準應用與焦化干餾 148
一、煤炭將進入輔助能源和原料時代 148
二、煤的研究不斷深入，焦化干餾已擴展到除褐煤外的所有煤種 149
三、焦化干餾產品的多樣化 155
四、焦化干餾產業鏈發展的新趨勢 156
五、生物質燃料油焦化廠的設想 159
第六章 蓄勢待發的生物能源產業
**節 碳環境驅動下的能源農業 164
一、農業與生物能源的概念 164
二、生物質的基本成分與結構 165
三、決定生物能源未來的關鍵——CO2、陽光和降水 167
四、貧碳環境下的農業與可耕種土地 168
五、富碳環境下的能源農業 169
六、能源農業的產品分類 173
第二節 再生速度大于開采速度——瑞典的林業生物能源 180
一、堅定的政策支持推動瑞典生物能源產業快速發展 180
二、森林資源在利用中才能得到保護和增長 181
三、生物質顆粒燃料產業大放異彩 183
第三節 生物燃料大于化石燃料——巴西生物液體燃料的發展 184
一、巴西生物乙醇燃料的推廣 185
二、政府對生物柴油產業的支持 187
三、生產生物燃料的原料與成本 188
四、巴西生物能源的展望 190
第四節 可再生的“天然氣”——持續快速發展的德國沼氣工業 191
一、德國沼氣產業快速發展 192
二、沼氣提純替代天然氣技術先進 193
三、德國沼氣工程的特色 195
四、專用能源作物產沼氣的潛力 196
第五節 混合發電——美國生物質發電的研究與推廣 197
一、生物質發電的規模與應用 198
二、生物質與煤混合燃燒的應用推廣 199
三、美國生物質發電技術和主要發電廠 200
第六節 生物能源種植園 202
一、以色列沙漠種植園 202
二、日本生物原料工業園的建設成果 204
三、石油植物園 206
第七章 即將來臨的生物能源產業革命
**節 能源與產業革命 214
一、產業革命的定義與特征 214
二、能源轉型是產業革命的原動力 215
三、生物能源產業革命的臨界點 218
四、碳匯與生物能——全面推動第三次能源產業革命 222
第二節 水利與灌溉工程將成為*大的基礎產業 222
一、重新定義水利與灌溉工程 222
二、生物技術將相同耗水量下的生物質產量成倍提高 223
三、節水灌溉技術對水資源應用效率與經濟性的影響 223
四、水利與灌溉工程將成為*大的基礎產業 226
第三節 農業革命與社會財富的再分配 228
一、基因工程推動下的生物能源 229
二、現有草原、森林的升級換代 232
三、向沙漠進軍 234
四、農業重新回歸**大經濟產業 237
第四節 生物能源支持下的新型工業體系 241
一、能源體系的變革 241
二、化工與原材料 246
三、生物質建筑材料與應用 246
四、新型工業體系的建立 248
第八章 生物能源產業革命推動下的新生態
**節 化石能源及其工業體系的衰敗 254
一、化石能源工業體系的困境 254
二、能源巨頭的*后風光 254
三、耗盡資源的中心城市 255
四、一個新的能源保障系統正在形成 256
第二節 生物能源的崛起與第三次產業革命的水到渠成 259
一、即將爆發的第三次產業革命 259
二、軟著陸還是硬著陸 260
三、巨大的農業人口與就地產業化 261
四、中國將全面推動并引領第三次能源產業革命 262
第三節 可持續發展的地球美好家園 264
一、共識 264
二、困境 265
三、碳交易助推生物能源 268
四、中國承諾 270
五、地球美好家園 271 CONTENTS
Chapter Ⅰ CO2, Carbon-based Life and Climate Cycle
1.1 CO2 Concentration and Plant Development 2
1.1.1 Photosynthesis in Prokaryotes and Oxygen Production 2
1.1.2 The Earth’s Environment during Marine Life Evolution Stages 4
1.1.3 Atmospheric CO2 Levels during Terrestrial Plant Proliferation 5
1.1.4 Decreasing CO2 Fluctuations and Diminishing Coal Accumulation 7
1.2 The Earth’s Plants and Climate 13
1.2.1 Establishment of Climate and Carbon Cycle Model 13
1.2.2 Greenhouse Effect and the Earth’s Ecosystem 16
1.2.3 Solar Activity Impact on the Earth’s Ecological Environment 18
1.2.4 Photosynthesis in Energy Storage and Solar Variability 20
1.3 The Earth’s Climate Cycles from Taiyuan Permian-Triassic Geological Section 25
1.3.1 Carboniferous Terrestrial Life Explosion 26
1.3.2 Collapse of Carboniferous Forests 27
1.3.3 Permian Ice Age 28
1.3.4 Permian Mass Extinction 29
1.3.5 Arid Landscape in Late Permian and Early Triassic 29
1.4 Climate Change from Perspective of the Earth’s History 31
1.4.1 Anthropocene in the Earth’s Climate Cycles 31
1.4.2 Formation of Loess in Quaternary and Post-Glacial Era 33
1.4.3 The Earth’s Climate is Transitioning into a Warm Period 35
1.4.4 Warming, Moistening, and Rising CO2—Emergence of a New
Environment 36
Chapter Ⅱ Energy of the Earth Endless as Long as the Sun Exists
2.1 The Sun and Solar Energy on the Earth 46
2.1.1 Solar Mass and Nuclear Reaction Energy 46
2.1.2 The Sun’s Age and Lifespan 47
2.1.3 Solar Energy Entering the Earth and Its Distribution 48
2.1.4 Storage and Preservation of Solar Energy Entering the Earth 51
2.2 Fossil Energy is Solar Energy Reserved in the History of the Earth 52
2.2.1 All Fossil Energy Comes from Photosynthesis 52
2.2.2 Formation of Fossil Fuels Alongside Biological Development 53
2.2.3 Different Environments Result in Different Varieties of Fossil Fuel 55
2.2.4 Biological Burial and Formation of Fossil Energy 57
2.3 Renewable Energy, the Result of the Sun and Solar Energy Action 60
2.3.1 Classification and Evaluation of the Earth’s Energy 60
2.3.2 Wind Energy and Atmospheric Circulation 61
2.3.3 Hydropower and Water Cycle 62
2.3.4 Shallow Geothermal Energy 63
2.3.5 Tidal Energy 64
2.3.6 Photovoltaic Energy and Biomass Energy 65
2.4 Photosynthesis, the Best Way to Collect and Store Solar Energy 65
2.4.1 Comparison of Bioenergy Generation and Solar Energy Generation 66
2.4.2 Comparison of Bioenergy Generation and Wind Energy Generation 69
2.4.3 Comparison of Bioenergy and Hydropower 71
2.4.4 Economics of Biomass Production and Re-exploitation of Fossil Fuels 72
Chapter Ⅲ Carbon Balance in Lithosphere, Biosphere and Atmosphere
3.1 Total Carbon and Cycling Patterns in Lithosphere, Biosphere and
Atmosphere 78
3.1.1 Total Carbon in Lithosphere, Biosphere and Atmosphere 78
3.1.2 Carbon Cycle Patterns in Lithosphere and Atmosphere 79
3.1.3 Carbon Cycle Patterns in Biosphere and Atmosphere 80
3.1.4 Carbon Cycle and Onset of a New Phase of Ecological Development 83
3.2 Identify a New Balance Point in the Earth’s Carbon Cycle 84
3.2.1 Establishment of Carbon Cycle Model for Cenozoic and Contemporary
Geological History 84
3.2.2 Scenario Analysis under Zero Carbon Emission Policy Intervention 86
3.2.3 Scenario Analysis Compliance with UNFCCC Protocol 86
3.2.4 New Balance Point under this Model 87
3.3 Carbon Balance of the Earth’s Atmosphere 88
3.3.1 Fossil Fuel Combustion—Positive Regulation Mechanism of CO2 88
3.3.2 Biomass and Agricultural Energy—Negative Regulation Mechanism
of CO2 89
3.3.3 Carbon Balance Regulation and Eco-Environment Optimization 89
Chapter Ⅳ Biotechnology Breakthroughs and Bioenergy will Dominate the Future
4.1 Development of Genetic Engineering and Improvement of Photosynthesis
Efficiency 94
4.1.1 Enhancing Photosynthesis Efficiency by Modifying Genes in C3 and C4
Plants 95
4.1.2 Enhancing Photosynthesis Efficiency by Delaying Leaf Senescence 98
4.1.3 Enhancing Photosynthesis Efficiency by Improving Nitrogen Utilization 98
4.1.4 Enhancing Photosynthesis Efficiency by Modifying Plant Morphology 99
4.1.5 Enhancing Photosynthesis Efficiency by Increasing Water Use
Efficiency 100
4.2 Improvement and Development of Bioenergy Raw Materials 101
4.2.1 Genetic Modification of Starch and Sugar Crops 101
4.2.2 Genetic Modification of Cellulosic Plants 102
4.2.3 Genetic Modification of Oleaginous Energy Plants 105
4.2.4 Genetic Modification of Algae Energy Plants 107
4.3 When Biomass Dominates Human Energy Needs 110
4.3.1 Necessity of Bioenergy to Replace Fossil Fuels 110
4.3.2 Photosynthetic Rate and Optimal CO2 Level 112
4.3.3 Assessment of Biomass Regenerative Capacity to Meet Human Energy Consumption 113
4.3.4 Fundamental Improvement of the Green Earth and Human Habitat 118
Chapter Ⅴ Complementarity of Fossil Fuels and Bioenergy
5.1 Fossil Fuels as Essential Footstone for Bioenergy Development 124
5.1.1 Fossil Fuels Transforms the Way Humans Live 124
5.1.2 Fossil Fuels Unleashes Carbon Buried Underground 129
5.1.3 Bioenergy Takes Time to Develop before Becoming Dominant Energy Source 130
5.1.4 Fossil Fuels Provided Infrastructure and Support for Application of Bioenergy 133
5.2 Fossil Fuels and Energy Security during Transition 134
5.2.1 Proven Reserves and Production of Various Fossil Fuels 134
5.2.2 Coal is a Sustainable Fossil Energy Source 138
5.3 Promotion of Fossil Fuels alongside Clean Technologies 140
5.3.1 Space and Time Still Exist for Large-Scale Application of Fossil Fuels 140
5.3.2 Pollution is the Biggest Obstacle for the Application of Fossil Fuels 141
5.3.3 Development of Clean Application Technologies for Fossil Fuels 143
5.3.4 Early Layout of Bioenergy Agriculture and Fully Promote Biomass Carbon Sink Projects 147
5.4 The Future of Coal—Precise Applications and Coking Dry Distillation 148
5.4.1 Coal Will Enter the Auxiliary Energy and Raw Material Era 148
5.4.2 The Research on Coal Continues to Deepen and Coking Dry Distillation Has Expanded to All Coal Types Except for Lignite 149
5.4.3 Diversification of Coking Dry Distillation Products 155
5.4.4 New Trends in Development of Coking Dry Distillation Industry Chain 156
5.4.5 Envision of Biomass Fuel Oil Coking Plant 159
Chapter Ⅵ The Emerging Bioenergy Industry
6.1 Energy Agriculture Driven by Carbon Environment 164
6.1.1 The Concept of Agriculture and Biomass Energy 164
6.1.2 Basic Components and Structure of Biomass 165
6.1.3 Key Factors Determining the Future of Bioenergy—CO2, Sunlight, and
Precipitation 167
6.1.4 Agriculture and Arable Land in Carbon-Poor Environment 168
6.1.5 Energy Agriculture in Carbon-Rich Environment 169
6.1.6 Classification of Energy Agriculture Products 173
6.2 Regeneration Speed Exceeding Extraction Speed—Sweden’s Forestry Bioenergy 180
6.2.1 Strong Policy Support Driving Rapid Development of Sweden’s Bioenergy Industry 180
6.2.2 Protection and Growth of Forest Resources Through Utilization 181
6.2.3 Flourishing Industry of Biomass Pellet Fuels 183
6.3 Biofuel Surpassing Fossil Fuels—Development of Brazil’s Bio-Liquid Fuel 184
6.3.1 Promotion of Bioethanol Fuel in Brazil 185
6.3.2 Government Support for the Biodiesel Industry 187
6.3.3 Raw Materials and Costs for Biofuel Production 188
6.3.4 Prospects for Brazil’s Biomass Energy 190
6.4 Renewable “Natural Gas”—Sustained Rapid Development of Germany’s Biogas Industry 191
6.4.1 Rapid Development of Germany’s Biogas Industry 192
6.4.2 Advanced Technology for Purifying Biogas to Replace Natural Gas 193
6.4.3 Characteristics of Germany’s Biogas Projects 195
6.4.4 Potential of Dedicated Energy Crop Production for Biogas 196
6.5 Hybrid Power Generation—Research and Promotion of Biomass Power in the U.S. 197
6.5.1 Scale and Current Status of Biomass Power Generation 198
6.5.2 Promotion of Biomass and Coal Co-fired Power Generation 199
6.5.3 Biomass Power Generation Technologies and Major Power Plants
in U.S. 200
6.6 Bioenergy Plantations 202
6.6.1 Desert Plantations in Israel 202
6.6.2 Achievements of Japan’s Biomass Industrial Park 204
6.6.3 Petroleum Botanical Garden 206
Chapter Ⅶ Impending Revolution in Bioenergy Industry
7.1 Energy and Industrial Revolution 214
7.1.1 Definition and Characteristics of Industrial Revolution 214
7.1.2 Energy Transformation is the Driving Force behind Industrial
Revolutions 215
7.1.3 Tipping Point for Bioenergy Industrial Revolution 218
7.1.4 Carbon Sink and Bioenergy—Comprehensively Promoting the Third Energy Industry Revolution 222
7.2 Hydropower and Irrigation Engineering Will Become Largest Basic
Industry 222
7.2.1 Redefining Hydropower and Irrigation Engineering 222
7.2.2 Biotechnology Will Double Biomass Production with Same Water Consumption 223
7.2.3 Impact of Water-Saving Irrigation Technology on Water Resource Utilization Efficiency and Economics 223
7.2.4 Hydropower and Irrigation Engineering Will Become Largest Basic Industry 226
7.3 Agricultural Revolution and Redistribution of Social Wealth 228
7.3.1 Bioenergy Driven by Genetic Engineering 229
7.3.2 Upgrading Existing Grasslands and Forests 232
7.3.3 Advancing into Deserts 234
7.3.4 Agriculture Returning to Being the Top Economic Industry Again 237
7.4 New Industrial System Supported by Bioenergy 241
7.4.1 Transformation of Energy System 241
7.4.2 Chemical Industry and Raw Materials 246
7.4.3 Biomass Building Materials and Applications 246
7.4.4 Establishment of New Industrial Systems 248
Chapter Ⅷ New Ecology Driven by the Revolution in Bioenergy Industry
8.1 Decline of Fossil Fuels and Their Industrial Systems 254
8.1.1 The Dilemma of Fossil Fuel Energy Industry System 254
8.1.2 The Last Days of Energy Giants 254
8.1.3 Central Cities Depleted of Resources 255
8.1.4 Formation of a New Energy Security System 256
8.2 Rise of Bioenergy and Arrival of the Third Industrial Revolution 259
8.2.1 Impending Third Industrial Revolution 259
8.2.2 Soft Landing or Hard Landing 260
8.2.3 Enormous Agricultural Population and Local Industrialization 261
8.2.4 China Will Fully Promote and Lead the Third Industrial Revolution 262
8.3 Sustainable Development of a Beautiful Earth Home 264
8.3.1 Consensus 264
8.3.2 Predicament 265
8.3.3 Carbon Trading Boosts Bioenergy 268
8.3.4 China’s Commitment 270
8.3.5 A Beautiful Earth Home 271
**節 CO2濃度與植物的發展 2
一、原核生物的光合作用與氧氣的產生 2
二、海洋生物發展階段的地球環境 4
三、陸生植物繁衍階段的CO2濃度 5
四、CO2濃度的波動降低與聚煤作用的逐漸減弱 7
第二節 地球植物與氣候的關系 13
一、氣候及碳循環模型的建立 13
二、溫室效應與地球生態 16
三、太陽活動對地球生態環境的影響 18
四、光合作用在儲能和平抑太陽能方面的作用 20
第三節 從太原石炭—二疊系地質剖面看地球的氣候周期 25
一、石炭紀陸地生物大爆發 26
二、石炭紀森林崩潰 27
三、二疊紀冰期 28
四、二疊紀生物大滅絕 29
五、二疊紀末期與三疊紀早期的赤地千里 29
第四節 從地球歷史的角度看今天的氣候變化 31
一、人類時代在地球氣候循環過程中的階段分析 31
二、第四紀黃土的形成與后冰期時代 33
三、地球氣候正進入溫暖期 35
四、變暖、變濕、CO2上升——一個新的環境正在形成 36
第二章 只要太陽依然存在，地球能源永不枯竭
**節 太陽與地球的太陽能 46
一、太陽質量與核反應能量 46
二、太陽的年齡與壽命 47
三、進入地球的太陽能量與分布 48
四、進入地球的太陽能的儲存與保留狀況 51
第二節 化石能源是地球歷史上太陽能的儲備 52
一、所有的化石能源均來源于光合作用 52
二、生物發展過程伴隨化石能源的形成過程 53
三、不同的生物環境形成了不同的化石能源品種 55
四、生物掩埋過程與化石能源的形成 57
第三節 可再生能源是太陽和太陽能作用的結果 60
一、關于地球能源的分類與評價 60
二、風能與大氣環流 61
三、水能與水循環 62
四、淺層地熱能 63
五、潮汐能 64
六、光伏能與生物質能 65
第四節 光合作用是收集、儲存太陽能的*佳途徑 65
一、生物能源發電與太陽能發電的比較 66
二、生物能源發電與風能發電的比較 69
三、生物能源與水能的比較 71
四、生物質生產與化石能源再開采的經濟比較 72
第三章 巖石圈、生物圈和大氣圈的碳平衡
**節 巖石圈、生物圈、大氣圈的碳總量及循環模式 78
一、巖石圈、生物圈與大氣圈的碳總量 78
二、巖石圈與大氣圈的碳循環模式 79
三、生物圈與大氣圈的碳循環模式 80
四、碳循環與新一輪生態發展的開始 83
第二節 在地球碳循環過程中找到一個新的平衡點 84
一、地質歷史上新生代及當代碳循環模型的建立 84
二、無碳排放政策干預條件下的情景分析 86
三、滿足《聯合國氣候變化框架公約》下的情景分析 86
四、本模型下新的平衡點 87
第三節 地球大氣的碳平衡 88
一、化石能源的燃燒——CO2的正調節機制 88
二、生物質與農業能源——CO2的負調節機制 89
三、碳平衡的調節與生態環境的優化 89
第四章 生物技術的突破與生物能源主導未來
**節 基因工程技術發展與光合作用效率的提高 94
一、通過改變C3與C4植物的基因提高光合作用效率 95
二、通過延緩葉片衰老來提高光合作用效率 98
三、通過提高氮素利用率進而提高光合作用效率 98
四、通過修飾植株株型提高光合作用效率 99
五、通過提高水分利用率提高光合作用效率 100
第二節 生物能源原料的改良與發展 101
一、對淀粉和糖類作物的改良 101
二、對纖維素類植物的改良 102
三、對油脂類能源植物的改良 105
四、對藻類能源植物的改良 107
第三節 當生物質主導人類能源需求時 110
一、生物能源替代化石能源的必然性 110
二、光合速率與*佳CO2濃度 112
三、滿足人類能量消耗的生物質再生能力評估 113
四、綠色地球與人類生存環境的根本改善 118
第五章 化石能源與生物能源的互補性
**節 化石能源是生物能源發展的必要支持 124
一、化石能源改變了人類的生存方式 124
二、化石能源釋放了深埋地下的碳元素 129
三、生物能源成為主導能源尚需一個發展過程 130
四、化石能源為生物能源應用提供了基礎設施與保障 133
第二節 化石能源與過渡期的能源保障 134
一、各種化石能源的探明儲量與生產情況 134
二、煤炭是可持續發揮作用的化石能源 138
第三節 化石能源與清潔技術的推廣 140
一、化石能源規模化應用尚有空間與時間 140
二、化石能源應用的*大阻礙是污染問題 141
三、化石能源清潔應用技術的發展 143
四、提前布局生物能源農業，全面推動生物質碳匯工程 147
第四節 煤炭的未來——精準應用與焦化干餾 148
一、煤炭將進入輔助能源和原料時代 148
二、煤的研究不斷深入，焦化干餾已擴展到除褐煤外的所有煤種 149
三、焦化干餾產品的多樣化 155
四、焦化干餾產業鏈發展的新趨勢 156
五、生物質燃料油焦化廠的設想 159
第六章 蓄勢待發的生物能源產業
**節 碳環境驅動下的能源農業 164
一、農業與生物能源的概念 164
二、生物質的基本成分與結構 165
三、決定生物能源未來的關鍵——CO2、陽光和降水 167
四、貧碳環境下的農業與可耕種土地 168
五、富碳環境下的能源農業 169
六、能源農業的產品分類 173
第二節 再生速度大于開采速度——瑞典的林業生物能源 180
一、堅定的政策支持推動瑞典生物能源產業快速發展 180
二、森林資源在利用中才能得到保護和增長 181
三、生物質顆粒燃料產業大放異彩 183
第三節 生物燃料大于化石燃料——巴西生物液體燃料的發展 184
一、巴西生物乙醇燃料的推廣 185
二、政府對生物柴油產業的支持 187
三、生產生物燃料的原料與成本 188
四、巴西生物能源的展望 190
第四節 可再生的“天然氣”——持續快速發展的德國沼氣工業 191
一、德國沼氣產業快速發展 192
二、沼氣提純替代天然氣技術先進 193
三、德國沼氣工程的特色 195
四、專用能源作物產沼氣的潛力 196
第五節 混合發電——美國生物質發電的研究與推廣 197
一、生物質發電的規模與應用 198
二、生物質與煤混合燃燒的應用推廣 199
三、美國生物質發電技術和主要發電廠 200
第六節 生物能源種植園 202
一、以色列沙漠種植園 202
二、日本生物原料工業園的建設成果 204
三、石油植物園 206
第七章 即將來臨的生物能源產業革命
**節 能源與產業革命 214
一、產業革命的定義與特征 214
二、能源轉型是產業革命的原動力 215
三、生物能源產業革命的臨界點 218
四、碳匯與生物能——全面推動第三次能源產業革命 222
第二節 水利與灌溉工程將成為*大的基礎產業 222
一、重新定義水利與灌溉工程 222
二、生物技術將相同耗水量下的生物質產量成倍提高 223
三、節水灌溉技術對水資源應用效率與經濟性的影響 223
四、水利與灌溉工程將成為*大的基礎產業 226
第三節 農業革命與社會財富的再分配 228
一、基因工程推動下的生物能源 229
二、現有草原、森林的升級換代 232
三、向沙漠進軍 234
四、農業重新回歸**大經濟產業 237
第四節 生物能源支持下的新型工業體系 241
一、能源體系的變革 241
二、化工與原材料 246
三、生物質建筑材料與應用 246
四、新型工業體系的建立 248
第八章 生物能源產業革命推動下的新生態
**節 化石能源及其工業體系的衰敗 254
一、化石能源工業體系的困境 254
二、能源巨頭的*后風光 254
三、耗盡資源的中心城市 255
四、一個新的能源保障系統正在形成 256
第二節 生物能源的崛起與第三次產業革命的水到渠成 259
一、即將爆發的第三次產業革命 259
二、軟著陸還是硬著陸 260
三、巨大的農業人口與就地產業化 261
四、中國將全面推動并引領第三次能源產業革命 262
第三節 可持續發展的地球美好家園 264
一、共識 264
二、困境 265
三、碳交易助推生物能源 268
四、中國承諾 270
五、地球美好家園 271 CONTENTS
Chapter Ⅰ CO2, Carbon-based Life and Climate Cycle
1.1 CO2 Concentration and Plant Development 2
1.1.1 Photosynthesis in Prokaryotes and Oxygen Production 2
1.1.2 The Earth’s Environment during Marine Life Evolution Stages 4
1.1.3 Atmospheric CO2 Levels during Terrestrial Plant Proliferation 5
1.1.4 Decreasing CO2 Fluctuations and Diminishing Coal Accumulation 7
1.2 The Earth’s Plants and Climate 13
1.2.1 Establishment of Climate and Carbon Cycle Model 13
1.2.2 Greenhouse Effect and the Earth’s Ecosystem 16
1.2.3 Solar Activity Impact on the Earth’s Ecological Environment 18
1.2.4 Photosynthesis in Energy Storage and Solar Variability 20
1.3 The Earth’s Climate Cycles from Taiyuan Permian-Triassic Geological Section 25
1.3.1 Carboniferous Terrestrial Life Explosion 26
1.3.2 Collapse of Carboniferous Forests 27
1.3.3 Permian Ice Age 28
1.3.4 Permian Mass Extinction 29
1.3.5 Arid Landscape in Late Permian and Early Triassic 29
1.4 Climate Change from Perspective of the Earth’s History 31
1.4.1 Anthropocene in the Earth’s Climate Cycles 31
1.4.2 Formation of Loess in Quaternary and Post-Glacial Era 33
1.4.3 The Earth’s Climate is Transitioning into a Warm Period 35
1.4.4 Warming, Moistening, and Rising CO2—Emergence of a New
Environment 36
Chapter Ⅱ Energy of the Earth Endless as Long as the Sun Exists
2.1 The Sun and Solar Energy on the Earth 46
2.1.1 Solar Mass and Nuclear Reaction Energy 46
2.1.2 The Sun’s Age and Lifespan 47
2.1.3 Solar Energy Entering the Earth and Its Distribution 48
2.1.4 Storage and Preservation of Solar Energy Entering the Earth 51
2.2 Fossil Energy is Solar Energy Reserved in the History of the Earth 52
2.2.1 All Fossil Energy Comes from Photosynthesis 52
2.2.2 Formation of Fossil Fuels Alongside Biological Development 53
2.2.3 Different Environments Result in Different Varieties of Fossil Fuel 55
2.2.4 Biological Burial and Formation of Fossil Energy 57
2.3 Renewable Energy, the Result of the Sun and Solar Energy Action 60
2.3.1 Classification and Evaluation of the Earth’s Energy 60
2.3.2 Wind Energy and Atmospheric Circulation 61
2.3.3 Hydropower and Water Cycle 62
2.3.4 Shallow Geothermal Energy 63
2.3.5 Tidal Energy 64
2.3.6 Photovoltaic Energy and Biomass Energy 65
2.4 Photosynthesis, the Best Way to Collect and Store Solar Energy 65
2.4.1 Comparison of Bioenergy Generation and Solar Energy Generation 66
2.4.2 Comparison of Bioenergy Generation and Wind Energy Generation 69
2.4.3 Comparison of Bioenergy and Hydropower 71
2.4.4 Economics of Biomass Production and Re-exploitation of Fossil Fuels 72
Chapter Ⅲ Carbon Balance in Lithosphere, Biosphere and Atmosphere
3.1 Total Carbon and Cycling Patterns in Lithosphere, Biosphere and
Atmosphere 78
3.1.1 Total Carbon in Lithosphere, Biosphere and Atmosphere 78
3.1.2 Carbon Cycle Patterns in Lithosphere and Atmosphere 79
3.1.3 Carbon Cycle Patterns in Biosphere and Atmosphere 80
3.1.4 Carbon Cycle and Onset of a New Phase of Ecological Development 83
3.2 Identify a New Balance Point in the Earth’s Carbon Cycle 84
3.2.1 Establishment of Carbon Cycle Model for Cenozoic and Contemporary
Geological History 84
3.2.2 Scenario Analysis under Zero Carbon Emission Policy Intervention 86
3.2.3 Scenario Analysis Compliance with UNFCCC Protocol 86
3.2.4 New Balance Point under this Model 87
3.3 Carbon Balance of the Earth’s Atmosphere 88
3.3.1 Fossil Fuel Combustion—Positive Regulation Mechanism of CO2 88
3.3.2 Biomass and Agricultural Energy—Negative Regulation Mechanism
of CO2 89
3.3.3 Carbon Balance Regulation and Eco-Environment Optimization 89
Chapter Ⅳ Biotechnology Breakthroughs and Bioenergy will Dominate the Future
4.1 Development of Genetic Engineering and Improvement of Photosynthesis
Efficiency 94
4.1.1 Enhancing Photosynthesis Efficiency by Modifying Genes in C3 and C4
Plants 95
4.1.2 Enhancing Photosynthesis Efficiency by Delaying Leaf Senescence 98
4.1.3 Enhancing Photosynthesis Efficiency by Improving Nitrogen Utilization 98
4.1.4 Enhancing Photosynthesis Efficiency by Modifying Plant Morphology 99
4.1.5 Enhancing Photosynthesis Efficiency by Increasing Water Use
Efficiency 100
4.2 Improvement and Development of Bioenergy Raw Materials 101
4.2.1 Genetic Modification of Starch and Sugar Crops 101
4.2.2 Genetic Modification of Cellulosic Plants 102
4.2.3 Genetic Modification of Oleaginous Energy Plants 105
4.2.4 Genetic Modification of Algae Energy Plants 107
4.3 When Biomass Dominates Human Energy Needs 110
4.3.1 Necessity of Bioenergy to Replace Fossil Fuels 110
4.3.2 Photosynthetic Rate and Optimal CO2 Level 112
4.3.3 Assessment of Biomass Regenerative Capacity to Meet Human Energy Consumption 113
4.3.4 Fundamental Improvement of the Green Earth and Human Habitat 118
Chapter Ⅴ Complementarity of Fossil Fuels and Bioenergy
5.1 Fossil Fuels as Essential Footstone for Bioenergy Development 124
5.1.1 Fossil Fuels Transforms the Way Humans Live 124
5.1.2 Fossil Fuels Unleashes Carbon Buried Underground 129
5.1.3 Bioenergy Takes Time to Develop before Becoming Dominant Energy Source 130
5.1.4 Fossil Fuels Provided Infrastructure and Support for Application of Bioenergy 133
5.2 Fossil Fuels and Energy Security during Transition 134
5.2.1 Proven Reserves and Production of Various Fossil Fuels 134
5.2.2 Coal is a Sustainable Fossil Energy Source 138
5.3 Promotion of Fossil Fuels alongside Clean Technologies 140
5.3.1 Space and Time Still Exist for Large-Scale Application of Fossil Fuels 140
5.3.2 Pollution is the Biggest Obstacle for the Application of Fossil Fuels 141
5.3.3 Development of Clean Application Technologies for Fossil Fuels 143
5.3.4 Early Layout of Bioenergy Agriculture and Fully Promote Biomass Carbon Sink Projects 147
5.4 The Future of Coal—Precise Applications and Coking Dry Distillation 148
5.4.1 Coal Will Enter the Auxiliary Energy and Raw Material Era 148
5.4.2 The Research on Coal Continues to Deepen and Coking Dry Distillation Has Expanded to All Coal Types Except for Lignite 149
5.4.3 Diversification of Coking Dry Distillation Products 155
5.4.4 New Trends in Development of Coking Dry Distillation Industry Chain 156
5.4.5 Envision of Biomass Fuel Oil Coking Plant 159
Chapter Ⅵ The Emerging Bioenergy Industry
6.1 Energy Agriculture Driven by Carbon Environment 164
6.1.1 The Concept of Agriculture and Biomass Energy 164
6.1.2 Basic Components and Structure of Biomass 165
6.1.3 Key Factors Determining the Future of Bioenergy—CO2, Sunlight, and
Precipitation 167
6.1.4 Agriculture and Arable Land in Carbon-Poor Environment 168
6.1.5 Energy Agriculture in Carbon-Rich Environment 169
6.1.6 Classification of Energy Agriculture Products 173
6.2 Regeneration Speed Exceeding Extraction Speed—Sweden’s Forestry Bioenergy 180
6.2.1 Strong Policy Support Driving Rapid Development of Sweden’s Bioenergy Industry 180
6.2.2 Protection and Growth of Forest Resources Through Utilization 181
6.2.3 Flourishing Industry of Biomass Pellet Fuels 183
6.3 Biofuel Surpassing Fossil Fuels—Development of Brazil’s Bio-Liquid Fuel 184
6.3.1 Promotion of Bioethanol Fuel in Brazil 185
6.3.2 Government Support for the Biodiesel Industry 187
6.3.3 Raw Materials and Costs for Biofuel Production 188
6.3.4 Prospects for Brazil’s Biomass Energy 190
6.4 Renewable “Natural Gas”—Sustained Rapid Development of Germany’s Biogas Industry 191
6.4.1 Rapid Development of Germany’s Biogas Industry 192
6.4.2 Advanced Technology for Purifying Biogas to Replace Natural Gas 193
6.4.3 Characteristics of Germany’s Biogas Projects 195
6.4.4 Potential of Dedicated Energy Crop Production for Biogas 196
6.5 Hybrid Power Generation—Research and Promotion of Biomass Power in the U.S. 197
6.5.1 Scale and Current Status of Biomass Power Generation 198
6.5.2 Promotion of Biomass and Coal Co-fired Power Generation 199
6.5.3 Biomass Power Generation Technologies and Major Power Plants
in U.S. 200
6.6 Bioenergy Plantations 202
6.6.1 Desert Plantations in Israel 202
6.6.2 Achievements of Japan’s Biomass Industrial Park 204
6.6.3 Petroleum Botanical Garden 206
Chapter Ⅶ Impending Revolution in Bioenergy Industry
7.1 Energy and Industrial Revolution 214
7.1.1 Definition and Characteristics of Industrial Revolution 214
7.1.2 Energy Transformation is the Driving Force behind Industrial
Revolutions 215
7.1.3 Tipping Point for Bioenergy Industrial Revolution 218
7.1.4 Carbon Sink and Bioenergy—Comprehensively Promoting the Third Energy Industry Revolution 222
7.2 Hydropower and Irrigation Engineering Will Become Largest Basic
Industry 222
7.2.1 Redefining Hydropower and Irrigation Engineering 222
7.2.2 Biotechnology Will Double Biomass Production with Same Water Consumption 223
7.2.3 Impact of Water-Saving Irrigation Technology on Water Resource Utilization Efficiency and Economics 223
7.2.4 Hydropower and Irrigation Engineering Will Become Largest Basic Industry 226
7.3 Agricultural Revolution and Redistribution of Social Wealth 228
7.3.1 Bioenergy Driven by Genetic Engineering 229
7.3.2 Upgrading Existing Grasslands and Forests 232
7.3.3 Advancing into Deserts 234
7.3.4 Agriculture Returning to Being the Top Economic Industry Again 237
7.4 New Industrial System Supported by Bioenergy 241
7.4.1 Transformation of Energy System 241
7.4.2 Chemical Industry and Raw Materials 246
7.4.3 Biomass Building Materials and Applications 246
7.4.4 Establishment of New Industrial Systems 248
Chapter Ⅷ New Ecology Driven by the Revolution in Bioenergy Industry
8.1 Decline of Fossil Fuels and Their Industrial Systems 254
8.1.1 The Dilemma of Fossil Fuel Energy Industry System 254
8.1.2 The Last Days of Energy Giants 254
8.1.3 Central Cities Depleted of Resources 255
8.1.4 Formation of a New Energy Security System 256
8.2 Rise of Bioenergy and Arrival of the Third Industrial Revolution 259
8.2.1 Impending Third Industrial Revolution 259
8.2.2 Soft Landing or Hard Landing 260
8.2.3 Enormous Agricultural Population and Local Industrialization 261
8.2.4 China Will Fully Promote and Lead the Third Industrial Revolution 262
8.3 Sustainable Development of a Beautiful Earth Home 264
8.3.1 Consensus 264
8.3.2 Predicament 265
8.3.3 Carbon Trading Boosts Bioenergy 268
8.3.4 China’s Commitment 270
8.3.5 A Beautiful Earth Home 271
展開全部
碳循環 從天而降的生物能源產業革命 作者簡介
常毅軍，山西省清潔能源產業協會會長，汾渭數字信息技術有限公司董事長。高級工程師。多年致力于中國能源行業可持續發展的研究與實踐：1982年畢業于山西礦業學院煤田地質勘探專業，1999年創建中國煤炭行業第一個信息平臺——中國煤炭資源網，2006年研發出中國煤炭行業的第一個價格指數，2007年在煤炭行業首次推出現貨交易電子市場，擁有多項煤炭清潔利用的發明專利，出版十幾本能源類書籍，發表論文多篇。 楊婷，山西省清潔能源產業協會副秘書長，汾渭數字信息技術有限公司董事長助理。山西大學漢語言文學、教育學雙學士，編輯。多次參與汾渭公司系列叢書的編寫出版工作，組織并作為主要執筆人編寫的《新能源與第四次產業革命》獲中國石油和化學工業聯合會頒發的優秀出版物二等獎。 鄧豐收，山西省清潔能源產業協會常務副會長兼秘書長，多年主要從事科學技術的推廣工作；先后創建山西省太陽能協會和山西省清潔能源產業協會，在此期間組織編寫《山西省光伏發電檢測規范》《山西省太陽能建筑一體化》《低環境空氣能安全運行管理規范》等三部地方標準。
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