能源利用与环境的关系

能源是经济社会发展的重要物质基础。环境问题在一定程度上是由于能源消费所引起的，能源与环境问题归根结底是发展问题。如前所述，工业革命以来，煤炭、石油、天然气等化石能源快速发展，成为经济社会发展的主导能源。能源的开发利用，在创造出巨大物质财富的同时，也带来空气污染、生态破坏等一系列严重环境问题，直接威胁着经济社会的可持续发展。

（1）矿物燃料 工业革命以前，大气中CO₂按体积计算是每100万大气单位中有280个单位的CO₂，之后由于矿物燃料（煤炭、石油、天然气等）的燃烧和使用，大气中的CO₂浓度不断增加，1990年的CO₂浓度大约比工业革命初期高了28%。由于矿物燃料的利用，1860～1910年和1950～1970年间，CO₂排放的年增长率约为4%，全球平均气温随之不断上升，从而导致温室效应的增强。有资料显示，CO₂浓度上升的曲线与人类社会大量开发矿物能源基本上是一致的。从我国经济发展同能源环境的关系来看，20世纪90年代，我国的年均经济增长为9.1%，与此同时能源消费每年增长7%，各地区SO₂排放年增长5%，CO₂排放年增长6.1%。

矿物燃料使用对环境和公众健康的影响表现在能源的勘探、开采、生产、加工、运输以及消费整个过程之中。

1）勘探过程的环境影响。我国是一个以煤炭为主要能源的国家，以煤炭为例，在勘探、开采过程中对大气、水、土壤、生态、人体健康都有不小的影响。煤炭勘探和开采主要有露天采矿和井下开采两种。煤炭露天开采占用大量的农田和草地，会导致地表水和地下水的污染，煤炭的露天堆放也会造成大气中总悬浮颗粒物（TSP）的增加，造成局地污染。井下开采中，矿井瓦斯的主要成分是甲烷，约占99%，若对矿井瓦斯预先抽放不够或抽出后直接排入大气，就会增加大气中温室气体（甲烷）的浓度，造成空气污染；严重时还会引起爆炸，威胁井下工人的生命安全。这几年，因煤炭勘探和开采所引发的开采工人事故与职业性伤亡屡见报端，煤矿开采已成为我国影响工人生命安全的严重隐患行业。此外，煤矿废水的影响也不容忽视，酸性矿井废水、煤矸石堆放极易造成地表水和地下水污染，使水生物减少，甚至灭绝。煤炭的井下开采破坏了地壳内部原有的平衡状态，易引起地表塌陷，造成矿山生态环境的破坏。

石油和天然气开采过程中也易产生环境污染。我国油气资源赋存条件较差，油气田单位面积普遍较小、低品位油田居多、埋藏较深、类型复杂，故开采难度较大。石油开采过程中钻井泥浆内加入的烧碱、铁铬盐和盐酸等化学试剂会对井场周围水域和农田造成不良影响。天然气开采过程易产生硫化氢和伴生盐水，会污染大气和水体。此外，油气井放空废气也会造成大气污染，大量开采还会造成地面凹陷；海上采油也会造成海洋和水体污染等。

2）生产加工过程的环境影响。煤在生产加工过程中对环境的影响很大，在洗选时排出大量洗煤废水，洗煤废水中含硫较多，会引起水体污染和pH值发生变化。洗煤废水、煤泥也会造成土壤污染，影响水生生态系统，并使饮用水遭受污染，对人体健康有害。煤炭干燥室产生灰尘，氮氧化物和硫化物，并在汽化和液化过程中排出颗粒物、CO、烃、氨等污染物。炼油过程产生的大量废气也会造成大气污染，从而对人体呼吸系统有害，影响人体健康。含油污水不仅会带来水体热污染，也会导致土壤污染，破坏生态系统。此外，炼油厂的原油或精制油产品仓库也可能发生跑油事故。

3）运输过程的环境影响。煤炭运输过程中，不仅需要消耗大量的能源，而且在堆存和装卸时还会发生自燃或扬尘，污染大气环境，并由于浸出水的流失而污染周围水系。石油运输对环境影响更为严重，随着石油海运量的增加，因油船事故和油船外排洗舱水而进入海洋的石油量显著增加，对海洋造成严重污染。如1989年11月24日，美国油轮“瓦尔德兹”号在阿拉斯加威廉王子湾附近触礁，大约有（4～5）万t原油流入海洋。又如2007年12月7日上午，一艘在中国香港注册的油轮在韩国西部海域与一艘韩国驳船相撞，油轮上超过1万t原油漏入大海，成为韩国历史上发生的最严重原油泄漏事故。

4）消费过程的环境影响。矿物燃料在消费过程中的环境影响主要是由燃烧的各种气体与固体废物和发电时余热造成的污染。矿物燃料燃烧过程中会产生大量SO₂、CO₂、NOx、CO、烟尘、汞及多种芳烃化合物等空气污染物，还会向环境排放含有悬浮固体硫酸、氟化物、磷酸盐、硼化物、铬酸盐等的废水以及炉渣等固体废物。

矿物燃料的大量燃烧是温室气体的主要排放源，CO₂排放的增加引起全球气候变暖，危害生态系统。而SO₂的大量排放也使环境空气质量不断下降，NOx和挥发性有机物（VOC）达到一定浓度后，在太阳光照射下经过一系列复杂的光化学反应，就会产生以高浓度臭氧（O₃）和细颗粒物为特征的光化学烟雾，形成夏季城市天空经常出现的蓝色烟雾。SO₂浓度的上升会造成酸雨，而由于大气氧化性，NOx在大气中可形成硝酸和硝酸盐细颗粒物，同硫酸和硫酸盐细颗粒物一起，发生远距离传输，在一定条件下形成了大面积的酸雨，从而加速了区域性酸雨的恶化。酸雨会改变酸雨覆盖区的土壤性质，危害农作物和森林生态系统，改变湖泊水库的酸度，破坏水生生态系统，腐蚀材料。此外，汞等重金属能够通过水体进入土壤，造成土壤污染。

火力发电机组是通过燃料燃烧得到热量，产生高温、高压蒸汽，推动发电机组以获得电能的。能量在转换和传递过程中的损耗大多通过冷却水把余热排放到河流、湖泊或海洋，造成水体热污染；导致水体各类无机氮含量增加、藻类种群结构发生改变、影响浮游动物的生存等问题。

此外，各种大气污染物质，特别是有毒、有害气体易造成人体呼吸系统疾病，对人体健康造成严重损害。根据美国加州空气资源委员会（ARB）的研究，柴油发动机尾气含有许多致癌污染物，暴露于高浓度柴油发动机尾气中的工作人员肺癌发病率非常高。

（2）核电 核能发电开发利用已有半个多世纪，核电相对于煤炭、石油等矿物燃料来说是较为安全、清洁的能源。因为采用裂变能来实现发电，排放很少的SO₂及NOx，排放的温室气体也很少，所以基本没有空气污染、漏油、露天矿坑、酸性矿坑水等问题。因此从环境保护上来讲，核电有绝对的优势。但是，核电站对环境仍有影响，主要来自运行过程中产生的气态、液态和固体放射性物质。虽然为了保证安全，由反应堆产生的放射性废物被强制要求与环境隔离，但是反应堆和核工业前处理和后处理车间中释放的少量放射性物质，会通过水或空气特别是食物链产生富集和放大效应，造成人体内的慢性辐射。而且由于反应堆需要定期换装燃料和清除放射性废物，这些废物仍具有放射性。此外，由于世界范围内的民用核能计划的实施，已产生了上千吨的核废料。这些核废料的最终处理问题并没有完全解决，仍保持着有危害的放射性。

当然，核电站设计和管理上的问题也不容忽视。著名的切尔诺贝利核电站事故原因是复杂的，但是其设计上的问题和操纵人员违反操作过程是这次事故的主要原因。违章操作使反应堆失去控制，温度迅速上升而发生爆炸，设计上没有安全壳，导致泄漏的放射性物质毫无阻挡地直接排放到大气中。(www.xing528.com)

（3）水电 水电是一种经济、干净、可再生的能源，对环境影响较小。但是，要获得水电，一般需要建设水库。水库建造和建成之后的环境影响是不容忽视的。目前，世界上已建成了不少大型水库水电站（表3-1）。

表3-1 世界上已建成的大型水库水电站的统计表

注：H——发电；I——灌溉；C——防洪；S——供水；N——航运。

在水库、大坝建设和生产过程中，建设使用的施工设备也会向大气排放污染物。水库的截流造成污染物质扩散能力减弱，水体自净能力受到影响，也可能淹没土地、地面设施和历史古迹，造成自然景观的破坏。泥沙淤积会使上游河道截面缩小，河床抬高，下游河岸被冲刷而引起河道变化。水库、大坝还会改变地下水的流量和方向，使下游地下水位升高，造成土壤盐碱化，甚至形成沼泽，导致环境卫生条件恶化而引起疾病传播。

此外，水库进出水的物理化学性质也会发生改变，例如颜色、气味等。水库中各层水的密度、温度、溶解氧也会有所不同。深层水水温低，而且沉积库底的有机物不能充分氧化而处于厌氧状态，植物被淹没腐烂后发出强烈的臭味。

水库的建设对生物、生态系统方面也有不小的影响。建设过程中采挖石料和填土会破坏自然环境；泄洪道变流装置的安装会造成鱼类等水生生物淹没死亡，腐烂的尸体耗尽水中的溶解氧，进一步造成水库内水生生物的死亡，破坏原有的生态平衡；水库的截流还会阻断鱼类洄游。

巨大的水库还可能引起地面沉降、地表活动；如果有库区移民，对社会结构也会产生一定影响。如果计划不周，社会生产和人民生活安排不当，还会引发一系列社会经济问题。

（4）风能、太阳能 风能、太阳能的开发利用对环境基本没有影响，作为可再生的清洁能源，可以有效减少污染物和温室气体的排放。

（5）氢能 氢能是公认的清洁能源，其使用不会污染环境。但氢能不是一次能源，在目前的生产技术水平下，仍会向环境排放大量的CO₂。

（6）生物质能 生物质能的转化利用过程中会产生CO₂，但是作为一个闭式循环来看，生物质能燃烧释放的碳元素必定与其生长过程中吸收的碳相平衡，CO₂净排放为零。因此，与矿物燃料跨地质年代的碳循环相比，生物质能的开发利用实现了碳的当代循环，因此不会造成大气中CO₂的积累。除此之外，相对矿物燃料来说，生物质能的使用能够大幅降低污染物的排放，例如生物柴油等。