公务员与MPA-第23章

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　　　　一、资源与能源科学技术

　　　　1。资源科学技术

　　　　自然资源是人类生存的物质基础。在漫长的古代社会，人们开荒种地，放牧牛羊，在辛勤的劳作中推动着文明的进程。大自然的宝藏对他们来说几乎是无穷无尽的。工业革命之后，随着人口爆炸式的增长以及人们物质生活水平的大大提高。各种自然资源也以前所未有的速度急剧地被消耗。为了人类社会的长远发展，科学地认识资源，积极开发新的资源，合理利用和管理资源，成为摆在人们面前的紧迫任务。

　　　　解决资源问题的办法有两种：第一种是开发利用新的资源，不断用新的资源代替已耗竭和将耗竭的资源；另一种就是发展节约资源的新技术，提高资源的单位产出比。

　　　　（1）开拓新资源技术

　　　　空间技术的发展大大促进了各国对空间资源的开发和争夺，而目前对空间通讯资源的争夺尤为激烈。与光缆通讯比较，卫星通讯不仅成本低，质量好，而且没有因地震、战争而遭受破坏之虞。用光缆将信息传入家庭需2000美元的成本，而用卫星只需700美元。使用卫星科学可以节约大量的原材料，而且技术经济可行『性』好。

　　　　太阳能虽然不能算是新资源，但作为燃料的替代品之一，近几年来倍受关注。对太阳能的使用主要有三种方式：光…热转换、光…电转换和光…化学转换。它们最终都是把光能转换成电能供人利用，但中介有所不同。光能转换技术的日益成熟和多晶硅太阳能电池的出现，使太阳能的开发利用更上一层楼。

　　　　自然界亿万年进化的结晶……成千上万的物种，也是人类可利用的一大宝库。人类经常作为重要资源加以利用的生物不过500种，而90％的食物源于其中的约20种，足见人类对生物资源的开发程度是何等的初步。要解决即将增加的数十亿人口的生存问题，人类必须挖掘生物资源的潜能。

　　　　（2）节约资源新技术

　　　　我国水资源分布极不均衡，但总的来说是缺水国家，发展节水型生态技术是缓解水资源不足的根本出路。根据研究表明，利用管道灌溉一般可节水30％，喷灌可节水30％～50％，而采用技术含量较高的滴灌技术节水可达80％。滴灌技术需要先制定作物的生长周期表，确定各处生长时段内水的消耗量，利用计算机严格控制每天24小时内应灌溉几次，每次的灌溉量是多少。灌溉时，以滴水的形式滴入作物根部附近的土壤，既保证了植物的吸收，又最大限度地节约了用水量，对我国缺水的北方来说，该技术有极大的推广潜力。

　　　　在能源的节约方面，人们也想出了各种各样的办法来提高能源的使用效率。电子电热膜技术就是其中的佼佼者。

　　　　目前，电热膜技术的适用功率为100瓦～2000瓦，可以广泛用于电热杯、电暖气、电淋浴喷头等，寿命在2000小时以上。

　　　　2。能源科学技术

　　　　能源是人类社会活动的物质基础。人类社会得以发展，离不开优质能源的出现，离不开先进能源技术的使用。

　　　　人类利用能源的历史，也就是人类认识和征服自然的历史。在相当长的一段时间，人类只限于对风力、水力、畜力、木才等天然能源的直接利用。尤其是木材，在世界一次能源消费结构中长期占居首位。

　　　　蒸汽机的出现，加速了18世纪开始的产业革命，促进了煤炭的大规模开采。到19世纪下半叶，出现了第一次能源转换，即煤炭取代木材等成为主要能源。19世纪70年代，电力代替蒸汽机，电气工业迅速发展，世界能源消费结构中煤炭的比重逐渐下降。1956年石油首次取代煤炭在世界能源消费结构中占居首位，世界进入了〃石油时代〃。

　　　　能源矿产利用新技术的发展，主要集中于洁净燃煤技术和高效发电技术。

　　　　煤、油、气三种能源矿产中，天然气的利用最洁净，而煤的污染显著高于油和气。烯煤的主要污染是二氧化硫和烟尘。消除污染的洁净燃煤技术主要有两类技术：一类是对常规燃煤技术的改进；一类是通过煤的气化或『液』化来减少烟尘。在第一类技术中，洁净煤过程分为燃烧前、燃烧中、燃烧后三个阶段。

　　　　在第二类技术中，常规煤被转化为另一种燃料形式，即气体或『液』体燃料燃烧。其中，煤气化是把经过适当处理的煤送入反应器，在一定的温度和压力下通过气化剂，以一定的流动方式转为气体。气化技术可将各类煤转化成各种气体产品，包括城市民用和工业用燃料气、发电燃料气、化工原料气等。

　　　　核能，又称原子能，是原子核结构发生变化时放出的能量。在实用上指重元素的原子核发生分裂反应（又称裂变）时和轻元素的原子核发生聚合反应（又称聚变）时所放出的巨大能量。它们分别被称为裂变能和聚变能。

　　　　核能有许多优点。其一是耗费低。核电站的基本建设投资一般是同等火电站的一倍，不过，它的核燃料费用却比煤便宜得多，运行维修费用也比火电站少。

　　　　其二是污染少。核电站由于设置了层层屏障，基本上不排放污染环境的物质，就是放『射』『性』污染也比煤电站少得多。

　　　　其三是安全『性』强。从第一座核电站建成以来，全世界投入运行的核电站达400多座，30多年来基本上是安全正常的。

　　　　太阳能热利用，是太阳辐『射』能量通过各种集热部件转变成热能后被直接利用，它可分为低温（100～300c）：工业用热、制冷、空调、烹调等；高温（300c以上）：热发电、材料高温处理等。太阳能热利用技术的关键是太阳能集热器的制造。太阳能集热器可以用空气或『液』体（水或防冻『液』）为传热介质，其吸热方式可以是直接吸收太阳辐『射』，也可以是太阳辐『射』会聚后集中照『射』。减少集热器热损失，可以采用抽真空或其它透光隔热材料。

　　　　光化学，是研究光和物质相互作用引起的化学反应的一个化学分支。光化学电池是利用光照『射』半导体和电解『液』界面，发生化学反应，在电解溶『液』内形成电流，并使水和电流直接产生氢的电池。

　　　　生物质能，是绿『色』植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而贮存在物质内部的能量。煤、石油、天然气等能源矿产也是由生物质能转变而来的。生物质能通常包括木材、农业废弃物、水生植物、油料植物、城市与工业有机废弃物和动物粪便等。目前发展的生物质能技术有：

　　　　（1）热化学转换技术

　　　　该技术可将固体生物质转换成可燃气体、焦油、木炭等优良能源产品。主要方式有两种：一是通过在气化炉内加热固体生物质，同时通入空气、氧气或水蒸气，产生出口位较高的可燃气体；二是通过高温加热生物质，使其分子破裂而产生可燃气体（一氧化碳、氢和甲烷等的混合物）、『液』体（焦炭）、及固体（木炭）等。

　　　　（2）生物化学转换技术

　　　　该技术是指过微生物发酵使生物质生成酒精、沼气等能源产品。

　　　　（3）生物质压块细密成型技术

　　　　该技术是指将粉碎烘干的生物质加入成型挤压机，在一定温度和压力下，形成较高密度的固体燃料。

　　　　（4）化学转换技术

　　　　该技术是通过适当选择的酶改变生物质的结构，将生物质降解为油等。

　　　　二、海洋与环境科学技术

　　　　1。海洋科学技术

　　　　在人类赖以生存和发展的宇宙幸运之舟……地球上，陆地面积仅占总面积的29％，而海洋则占到71％。

　　　　海洋可以为人类提供食物、能源、矿物、水源、化工原料乃至于广阔的空间，当今社会所面临的一切严重问题，几乎都可以从海洋中找到出路。人类要维持自身的生存与发展，在现实的条件下，充分利用地球上这块最后的资源丰富的宝地，是最为切实可行的途径。因此，海洋科学技术目前已成为世界各国争先发展的高科技领域，在21世纪必将成为人类最为重要的、支柱『性』的高科技之一。

　　　　（1）海洋牧场化技术

　　　　所谓海洋牧场化，就是采用人工繁殖的鱼苗种，在人为舒适的环境中，经过中间培育，待鱼苗身体强壮时再放到海中养殖；幼鱼通过摄食海水中的天然饵料生长发育，最大限度地利用海水中的初级生产力……海洋浮游植物，最后，科学合理地进行捕捞。

　　　　海洋牧场化技术，充分体现出现代高科技的综合『性』。建设海洋牧场，首先要考虑环境的控制。现有的技术是采用喷流系统、海底潜流、人工涌升流和水泵提水等控制海水中营养盐的含量，调节水温，减少水体中的有机质和病菌；用太阳光集光装置和人工养殖方法，增加海水中海藻的数量，改善水环境和为幼鱼提供饵料。

　　　　（2）海水淡化技术

　　　　蒸馏法虽然是一种古老的方法，但由于技术不断地改进与发展，该法至今仍占统治地位。蒸馏淡化过程的实质就是水蒸气的形成过程，其原理如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带咸味的。根据设备及具体流程的不同，蒸馏法又分为太阳能蒸馏法、立式长管蒸馏法、蒸汽压缩蒸留法、多极闪急蒸馏法等。此外，以上方法的组合也日益受到重视。

　　　　电渗析法是将具有选择透过『性』的阳膜与阴膜交替排列，组成多个相互独立的隔室，海水中的阴阳离子分别透过阳膜与阴膜，从而使一隔室海水被淡化，而相邻隔室海水被浓缩，淡水与浓缩水得以分离。电涌渗析法水仅可以淡化海水，也可以作为水质处理的手段，为污水再利用作出贡献。

　　　　反渗授法是利用只允许溶利透过、不允许溶质透过的半透膜，将海水与淡水分隔开的。

　　　　反渗透法的最大优点是节能。它的能耗仅为电渗析法的1/2，蒸馏法的1/40。

　　　　（3）海洋矿产开发技术

　　　　海洋矿产资源勘探开发技术，特别是深海矿产资源勘探开发技术，是一项高技术密集型产业，涉及到地质、海洋、气象、机械、电子、航海、采矿、运输、冶金、化工、海洋工程等许多学科和工业部门。

　　　　1海洋石油、天然气的勘探与开采

　　　　海洋石油、天然气，是指蕴藏在海底地层中的石油与天然气。海底油气的勘探阶段，要经过地质调查、地球物理勘探、钻探三个步骤。地质调查是指在沿岸地质构造调或分析的基础上，用回声测探仪或航空拍照的资料来研究海底地质、地形的特点。完成地质调查后，就要对可能形成储油构造的海区进行地球物理勘探。这是寻找海底石油最基本的方法，主要包括重力、磁力、人工地震等勘探方式。地球物理勘探的结果只是理论上说明海底储油构造的存在与否，至于海底是否有石油，还要取决于最后一步……钻探。分析钻探取得的岩芯，就可以得出油层的变化规律、『性』质以及分布情况，从而完成勘探阶段的使命而进入开采阶段。

　　　　2大洋锰结核的调查与开采

　　　　大洋锰结核又称大洋多金属结核，呈结核状，成分以锰为主，且富含多种其它有『色』金属，如镍、铜、钴等，总组成元素多达近80种，预计21世纪，大洋锰结核将成为世界重要的『色』金属来源。

　　　　大洋锰结核的开采技术，目前比较成熟、可行的有水力提升式采矿技术与空气提升式采矿技术两种。水力提升采矿技术是通过由采矿管、浮筒、高压水泵和集矿装置四部分组成的系统实现的。这种技术在80年代中期就已达到日产500吨的采矿能力。空气提升式采矿技术与水力提升式采矿技术大体相同，区别仅在于船上将有大力功率高压气泵代替水泵。这种技术的优势是能在水深超过5000米的海区作业，目前已具有日采300吨锰结核的采矿能力。

　　　　2。环境科学技术

　　　　（1）重建的尝试：从认识污染到治理污染

　　　　要解决面临的环境危机，人类首先得弄清楚环境问题的由来及环境污染的实质，生态学和地球化学的研究为此提供了基础。

　　　　一般地，生态系统内部的能量流动是单向不可逆的，从低营养级流向高营养级。由于能量在营养级间和各营养级内的耗损，大约只有10％的能量能够从上一营养级流到下一营养级。

　　　　物质的代谢过程则与能量的流动有较大的区别，从整个生物圈来说，物质的代谢是一个闭合的循环，大体沿着非生物→生物→非生物的路径周而复始，不同的物质元素代谢的过程又千差万别，诸如气候、地质、生物等各种条件都影响到物质代谢的周期。

　　　　在一个成熟的生态系统内部，存在着自我调节的机制。正常情况下，能量和物质的流动保持着动态的平衡，虽然有起伏波动，但不致破坏系统的稳定。一旦外界的干扰（自然灾变或是人为因素）破坏了生态系统的自我调节，能量或是物质代谢出现障碍，就出现了环境问题。

　　　　找到环境问题的症结不是环境科学的最终目的，治理污染、改善我们的生存环境才是根本。按照一般的划分，环境污染分为大气污染、水污染、固体废弃物污染等。汽车尾气是大气污染的重要来源。目前，在汽车上安装电控喷嘴和新一代的催化转代装置以提高发动机的效率和减少尾气中的致酸雨成分，以达到控制污染的目的。美、日、德则相继研制出新一代〃零排放〃的汽车，这种汽车的尾气中不含或含有微量的有害成分，但如何降低成本，实现规模化生产是一难题。城镇居民使用煤取暖做饭是造成我国大气质量不断下降的主要原因之一，采用天然气『液』化技术，推广天然气的覆盖率是改善大气质量的重要举措。在污水的处理方面，有物理、化学和生物三种方法。

　　　　（2）可持续发展：社会发展的必由之路

　　　　可持续发展不是一门学科，而是一项庞大的系统工程，但因可持续发展理论的提出即源于环境保护的思想，其宗旨在于从根本上改变社会发展与环境保护方之间的对立。因此认为可持续发展即是广义的环境科学并不为过。

　　　　按照世界环境和发展委员会（wecd）的定义，可持续发展是〃即满足当代人又不危及后代满足其需要的发展〃。这个定义虽然很简洁却有着深刻的内涵，是一个涉及经济、社会文化、技术与自然环境的综合概念。它包括三个方面：自然资源与生态环境的可持续发展经济的可持续发展、社会的可持续发展。因此可持续发展不仅涵盖了原有的环境科学研究的范围，更从社会的经济、文化、伦理道德、法制等方面来分析和解决环境问题，力图在保护环境与促进社会发展之间找到最优的结合部。

　　　　可持续发展将环境保护的事业纳入整个社会，而不是孤立地依靠企业和某些职能机构。可持续发展认为，环境污染是一个涉及到全人类社会的问题，它的解决不是单纯的技术上的问题，如果没有公众的参与，环境保护只能是一句空洞的口号。因此，建立新的伦理道德观念取代现有的〃人类中心主义〃，唤醒公众的环境意识是可持续发展的主要研究课题，也是原有的环境科学最为忽略的问题。

　　　　可持续发展的思想为人们通向新的世纪指明了方向。人类的生死存亡完全取决于能否在这个方向上找到出口。新世纪的钟声即将来临，人们需要作出慎重的选择。

　　　　三、材料科学技术

　　　　1。金属材料

　　　　由于金属材料通常集高强度、高刚度、高