可再生資源的優(yōu)勢精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇可再生資源的優(yōu)勢范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

20世紀世界經(jīng)濟雖然經(jīng)歷了多次蕭條、景氣、危機、復蘇的反復，但是世界經(jīng)濟有了很大的發(fā)展。發(fā)達國家經(jīng)濟繼續(xù)發(fā)展，許多新工業(yè)化國家和地區(qū)，特別是發(fā)展中國家的經(jīng)濟呈持續(xù)快速發(fā)展勢頭。21世紀的世界經(jīng)濟，特別是未來的20—25年中世界經(jīng)濟仍將保持高速發(fā)展。

在未來經(jīng)濟的發(fā)展中，人類將面臨有限的資源和保護生態(tài)環(huán)境的嚴峻挑戰(zhàn)。在今后25年內(nèi)，世界人口可能達到100億，需要滿足如此大量人口的食物和必要的物資。同時，需要供應相應能源、交通、住房、學校以及各種機器等需求。呈指數(shù)增長的需求和有限的資源形成了尖銳的矛盾。

回顧20世紀的發(fā)展，特別是20世紀30年代以來，正是烴類經(jīng)濟發(fā)展的歷史，主要資源來自于化石資源（煤、石油和天燃氣），許多國家都認為化石資源是保證能源和原材料供應的基礎。從20年代以來的靠其提供經(jīng)濟發(fā)展的需要，以至于達到今日的生活水準。據(jù)統(tǒng)計，生物基資源所占份額很小，在能源方面低于1%，在原材料方面也不到5%。盡管烴類對經(jīng)濟發(fā)展的貢獻呈強勁勢頭，但是有限的資源令人擔憂，而各種化工產(chǎn)品帶來的生態(tài)和環(huán)境問題也日益嚴重，因此可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略已成為全球共識，并且已被廣泛接受和推行。

在可持續(xù)發(fā)展的施行中，要使經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保持平衡，經(jīng)濟持續(xù)增長、生活健康標準不斷提高、國家安全與穩(wěn)定，保證資源供應具有重要的作用。因此，許多國家政府的產(chǎn)業(yè)界都呼吁開發(fā)和利用可再生資源來補充和取代目前過于依賴的非再生并日益減少的化石燃料資源。

早在1996年，美國政府就組織有關行業(yè)協(xié)會、學術團體、產(chǎn)業(yè)界和教育科研部門專家講座可再生資源開發(fā)利用問題，并于1998年后提出題為《2020植物/農(nóng)作物為基礎的可再生資源——通過可再生植物/農(nóng)作物資源利用加強美國經(jīng)濟安全性的設想》（以下簡稱“設想”）。該設想公開發(fā)表后，美國農(nóng)業(yè)部和能源部支持全國玉米種植者協(xié)會組織跨產(chǎn)業(yè)部門研究講座設想的實施問題。經(jīng)過長時間講座產(chǎn)業(yè)界、深信界和政府部門對設想目標的實現(xiàn)、存在問題和實施步驟取得共識，并提出了題為《實施植物/農(nóng)作物為基礎的可再生資源2020年設想的技術指南》（以下簡稱“技術指南”）。這兩份報告內(nèi)容詳實、焦點明確、邏輯性強、實施步驟清晰，許多觀點和技術課題及措施具有啟迪性。從該兩份報告中，不僅可以弄清可再生資源和內(nèi)涵、開發(fā)利用的必要性和可能性，而且對如何開展和促進可再生資源的開發(fā)利用提供了實施途徑。對目前可再生資源開發(fā)利用的經(jīng)濟技術狀況、存在的障礙和誤區(qū)也都作了明確的闡述。雖然兩份報告都是針對美國情況提出的，但是其科學性和前瞻性以及許多技術內(nèi)涵對我們?nèi)圆环梃b參考價值。

“設想”是有關于發(fā)展以植物/農(nóng)作物為基礎的可再生資源產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略，是由美國農(nóng)業(yè)、林業(yè)和化學工業(yè)部門（其中有各類美國公司企業(yè)）、非盈利組織、商貿(mào)協(xié)會和學術部門、各行各業(yè)的專家學者共63人經(jīng)過講座研究，首先提出對此新興產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的設想。

1996年12月美國全國玉米種植者協(xié)會組織戰(zhàn)略設想研討會，目的是草擬一個產(chǎn)業(yè)設想，使植物/農(nóng)作物為基礎的的可再生物質(zhì)可以作為當前慣用的原料的補充來源以滿足人們對化學品、材料和其他產(chǎn)品不斷增長的需要。

本“設想”廣泛地規(guī)劃了此產(chǎn)業(yè)如何從目前家庭式的產(chǎn)業(yè)走向全國規(guī)模的核心制造產(chǎn)業(yè)的道路。公開此“設想”的目的是為了吸引更多讀者關注，出謀劃策，共同開發(fā)，使其能成為現(xiàn)實的技術實施方案。

對于世界資源能否足夠支持當前已經(jīng)發(fā)生的急劇經(jīng)濟膨脹，社會上歷來存在兩種不同觀點：一種是悲觀的認為，世界資源難以滿足呈指數(shù)的經(jīng)濟增長。如果現(xiàn)有技術不能進一步發(fā)展，而非再生資源又有限，這種悲觀看法確實是現(xiàn)實的評價；另一方面，當前的技術正在突破，并有無限潛力，因此對未來產(chǎn)生樂觀看法。

歷史教育人們，只有通過協(xié)調(diào)提出明確設想，才能引導人們?nèi)ソ鉀Q關于未來發(fā)展的重大問題。

過去一直談如何解決未來25年世界超過100億人口的食品問題。獲得食物只是人類生存的一種需要，其他還有呈指數(shù)增長的對能源、運輸、住宅、學校、機械以及計算機等的需要，而滿足這些需求的資源從何而來是應當考慮的問題。

鉆探更多、更深的油氣井可以供應更多的烴類原料，但是油氣儲量畢竟有限。對現(xiàn)有烴類的有效利用率將會不斷提高，但是效果不大。納米技術可能會促進小型化從而節(jié)省材料，但是有些物件不能縮小。問題是資源正在耗盡，何時耗盡并不重要，重要的是探求一種新的資源模式，使之逐步轉化。

“設想”序言稱，不論適用性技術應用如何，凡將現(xiàn)有資源轉化為可再生資源，都是符合可持續(xù)發(fā)展的方向，也適應環(huán)境和生態(tài)要求。因此，應用植物/農(nóng)作物資源的設想是樂觀的。

隨著適用性研究和開發(fā)的進展，人們可以發(fā)現(xiàn)許多經(jīng)濟上可行的方案來滿足整個地球的需求。該"設想"確定了方向和相應的規(guī)劃，采取措施建立利用植物系統(tǒng)中能源和碳源的可再生資源基礎。面臨的挑戰(zhàn)是嚴重的，但機遇也是難以衡量的。人類可以適應變化，但必須接受所面臨的挑戰(zhàn)。序言中從兩方面進一步闡明“設想”提出的背景：

1、界定植物/農(nóng)作物基資源

植物/農(nóng)作物基(有時用生物基bio-based)資源是指來自于一定范圍的植物系統(tǒng)，主要是農(nóng)作物、林產(chǎn)品和食品、飼料和纖維工業(yè)加工過程中的副產(chǎn)物。它們可以通過一年生的作物和樹種，多年生植物和短期輪作樹種等途徑在一個較短的時間內(nèi)再生。石油化學品原本也是以植物為基礎，其基本分子為烴類。植物/農(nóng)作物基可再生資源當前所用的大量基本分子是碳水化合物、木質(zhì)素和植物油。也有一些量少高值的分子是來自二級植物新陳代謝。另一個主要區(qū)別是烴類及其提取系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)并加工處理其所需要的原料型產(chǎn)品，而植物基可再生資源在某些程度上雖然也被認定，但某種植物會含有某種資源，加工后會留下什么，尚未完全搞清。

最近生物技術進展可以改變植物成分和酶提取系統(tǒng)，這就為現(xiàn)在需要的化學產(chǎn)品和新型中間人體及產(chǎn)品制造提供了新的經(jīng)濟機遇。據(jù)統(tǒng)計，美國的森林、耕地、牧場等面積約22.46億英畝(1英畝=0.405公頃，下同)，其中主要農(nóng)作物的種植面積有4.24億英畝，可以生產(chǎn)大量植物/農(nóng)作物基資源。過去50年，這類資源的重點主要是面向食物、飼料和纖維生產(chǎn)。

2、烴類經(jīng)濟

20世紀后期，世界經(jīng)濟發(fā)展很快，生產(chǎn)增長率有很大提高，尤其是各發(fā)達國家，一些發(fā)展中國家也不斷增長。成功的增長和發(fā)展過程中起主要作用的是烴類經(jīng)濟。自20年代以來，礦物化石燃料的采取和利用提供了人們當前所享受的經(jīng)濟效益和生活水準。許多國家都依靠這種資源來滿足能源和原材料的需要。

在過去50年中，大量的研究開發(fā)在能源生產(chǎn)和基礎產(chǎn)品制造方面創(chuàng)造了許多可以大量增值的工藝過程。市場經(jīng)濟明顯地受人們提高生活水準的意愿所驅動，以創(chuàng)造各種產(chǎn)品。生物基資源的(主要是用植物基)用量很小。據(jù)統(tǒng)計，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美國1996年玉米、黃豆和小米等生產(chǎn)用作食品和飼料量約為6900億磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此從經(jīng)濟角度看還不能趕上工業(yè)原料，而以烴類為基礎的經(jīng)濟卻繁榮昌盛。

烴類雖然將繼續(xù)起到非常有效的經(jīng)濟發(fā)展平臺作用，但是在其未來應用中卻有若干問題有待解決。首先是對石油化學產(chǎn)品的應用環(huán)境問題日益受到關注，隨著又產(chǎn)生了許多相關的問題?；剂鲜且活愓跍p少的原料資源。應用植物/農(nóng)作物基資源作為一種補充，由于它們是可再生的，所以為經(jīng)濟有序地向可持續(xù)發(fā)展轉變創(chuàng)造了機會。

通過對能源狀態(tài)的審視就可看到可再生資源作為一種補充的必要性。烴類資源有限，許多專家提出世界可采和探明儲量，如按現(xiàn)在消費水平計算只能提供50-100年，此處的一個重要假設是“現(xiàn)在消費水平”是保持不變，但是從全世界人口增長和生活水準變化來考慮，此假設是不合理的。當前世界上按人口平均的能源消費水平差距很大，詳見表1，許多發(fā)展中國家都將增加能源消費。未來的能源供應問題是多方面的，因為發(fā)展中國家人口眾多。例如，中國按人口平均能源消費相當于美國水平的1/3，其需要增加的能量數(shù)量約相當于美國現(xiàn)在全年能源使用總量。

表1當前按人口平均能源消費水平KWh/人美國法國日本巴西泰國中國

122007500700015001200900

一些有效利用烴類的開發(fā)將有助于需要增長問題的解決，但是對烴類找到補充資源是完全必要的，只有如此才能保持可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)基礎。

新技術開發(fā)和應用需要時間。石油化學工業(yè)本身的發(fā)展就是一個事例。1920年烴類原材料經(jīng)濟并不像今天這樣具有吸引力，過了50年，開始適應化石燃料狀況的工藝。因此，要使植物/農(nóng)作物基系統(tǒng)達到同樣現(xiàn)代化水平也需要時間。

當前正是開展大量研究開發(fā)工作、利用各種可再生資源和各種新工藝、并開始在各種可供選擇的途徑中提出選擇標準的時候?，F(xiàn)在進行研究并不意味系統(tǒng)要立即改變，但是，烴類經(jīng)濟的經(jīng)濟學未來將出現(xiàn)問題：要支付高額環(huán)境費用，或是由于原料缺少而價格上揚。

投資適用性研究可以在未來能源和原材料間進行相關的比較，提供非常需要的選擇。在中期至長期，選擇植物/農(nóng)作物基可再生資源可能是要兼顧環(huán)境方面容許和經(jīng)濟方面具有吸引力。而在近期，研究和開發(fā)可能只在一些領域內(nèi)進行，使植物/農(nóng)作物可再生資源能開始進入基本化學原料市場，從而擴大資源基礎，延長有價值的化石燃料儲備的應用壽命。

在上述背景環(huán)境下，通過研究討論，提出了2020年開發(fā)利用植物/農(nóng)作物可再生資源的設想的目標；“設想”是要通過植物/農(nóng)作物基可再生資源的開發(fā)來提供經(jīng)濟繼續(xù)發(fā)展、生活的健康標準和強大的國家安全。植物/農(nóng)作物基可再生資源可以改變當前對日益減少的非再生資源的依賴。

本“設想”的內(nèi)涵重點是建立新的觀念，即植物基資源是越來越重要的工業(yè)原料資源。非再生資源可能因經(jīng)濟和環(huán)境因素逐步被植物基再生資源所取代，“設想”反對等到危機發(fā)生時現(xiàn)開始啟動替代。

展望2020年，化石燃料可能仍將占90%，增加植物基可再生資源并不是可有可無的，它對滿足未來的需求非常迫切。當然，需要有效地加工和利用這些植物衍生原料。其新途徑的研究從現(xiàn)在就要開始，為經(jīng)濟發(fā)展有足夠的時間，保證解決環(huán)境而進行良好的合作。

要取得有成效的進展，應當確定以下的方向性目標：

1、2020年化學基礎產(chǎn)品中至少有10%來自植物的可再生資源原料，到2050年提高到50%。

2、建立植物基(農(nóng)作物，林產(chǎn)，加工業(yè))系統(tǒng)，用有效的轉化加工工藝生產(chǎn)可再生原料，為2020年選中的產(chǎn)品提供經(jīng)濟合理、對環(huán)境瓜敏感的制造平臺。用此生產(chǎn)鏈來示范一個綜合的植物/農(nóng)作物基原料系統(tǒng)的經(jīng)濟合理性和潛在效益，顯示工業(yè)應用機遇的新領域，為2020年以后國內(nèi)和出口的需求做出貢獻。

3、在工業(yè)投資者、植物商、生產(chǎn)者、學術界和各級政府之間建立合作伙伴關系，開發(fā)從小范圍到大規(guī)模的工業(yè)應用，重新激活農(nóng)村經(jīng)濟，改進增值加工和制造鏈的集成，消除食品、飼料和纖維加工業(yè)與基礎材料制造業(yè)之間的差別。

“設想”中提出，科研與開發(fā)方面要制定有詳細目的和要求的相應計劃，支持上述方向性目標的實現(xiàn)，從而也可取得投資的優(yōu)勢。

植物/農(nóng)作物基資源利用現(xiàn)狀和前景

一、現(xiàn)狀

烴類提供人類能源和衣著。塑料、油料、油漆、染料、藥品等基礎原料，已經(jīng)成為現(xiàn)代生活的主要依靠。1970-1990年間石油基的塑料增加了4倍，已經(jīng)逐步代替了玻璃、金屬甚至紙張。植物/農(nóng)作物基資源目前尚未有效利用，主要是因為可用性差、質(zhì)量不高、供應不穩(wěn)或是價格高。要推動和提高植物/農(nóng)作物可再生資源應用的興趣，需要從以下幾個方面來分析。

1、實用性

盡管消費總量不高，但是植物基原料當前在化學品方面應用面很廣，如用于油漆、粘合劑及劑等。黃豆是植物袖的傳統(tǒng)原料，隨著基因工程進展，可以生產(chǎn)滿足特殊劑市場需要的專門油。最近，可用黃豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纖維素、擰槽酸、天然橡膠、多數(shù)氨基酸以及各種蛋白質(zhì)等化學品生產(chǎn)中，植物基資源是主要原料，詳見表2。

表2、美國植物基資源用量萬t/a類別用量用途

木材8090紙，紙板，木質(zhì)素纖維復合材料

工業(yè)淀粉300粘合劑，聚合物，樹脂

植物油100表面活性劑，油墨，油漆，樹脂

天然橡膠100輪胎，家用品

木材提取物90油料，膠

纖維素50紡織纖維，聚合物

木質(zhì)素20粘合劑，丹寧，vanillin

在多數(shù)情況下，應用的植物基材料主要是原始狀態(tài)分子。如木質(zhì)素纖維、植物油和橡膠等復雜分子的應用也只有有限的改性。這就與石油化學工業(yè)構成明顯的反差，石油化工則是用化學方法按需要將烴類裂解成幾種簡單分子，如甲烷、丙烯等。用這些基礎原料進行化學合成，制造所需要的復雜的分子。

在少數(shù)情況下，植物/農(nóng)作物原料進行裂解成為不同的基礎分子，例如高果糖的玉米生產(chǎn)糖漿和玉米淀粉發(fā)酵生產(chǎn)燃料乙醇。1996年美國用211億磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶發(fā)酵方法生產(chǎn)9億加侖(1加侖=4.546L,下同)乙醇，從而加工為90億加侖混合汽油。從許多實例看，植物基原料有一定實用性，雖還未生產(chǎn)像藥物那樣的高度專業(yè)化的分子，但卻包括了大量生產(chǎn)的中間體及產(chǎn)品。

2、供應及質(zhì)量

植物系統(tǒng)地區(qū)分布廣，由于土壤和氣候條件不同，導致供應和質(zhì)量的差異。森林和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展已經(jīng)縮小了天然野生植物的供應差異。

生物質(zhì)的總產(chǎn)量雖然很大，但是由于沒有經(jīng)濟的轉化技術而使其應用受限制。一些新進展如快速裂解提供了從中獲得低分子量產(chǎn)品的機會，如果能在分離技術上進一步創(chuàng)新，就可以推動此應用。生物質(zhì)資源可以來自快速增長木材、田邊作物以及其他專門培植的植物物種。另一潛在的生物質(zhì)資源是當前為食用和飼料種植的農(nóng)作物，如玉米、黃豆、小麥和高梁等。一般情況下這些作物只應用其產(chǎn)量的一半。此4種作物估計每英畝(1英畝=0.405公頃,下同)約有2600磅(以干物質(zhì)計,下同)遺留在田地中，總計約有5200億磅。一部分留在耕地以改良土壤結構，但大部分運出去，作為原料應用。因此要求有適當?shù)?、成本低的儲運系統(tǒng)和加工技術。

供應方面的主要問題是對原始生產(chǎn)的管理。當前，樹木可作木材和紙漿，種植農(nóng)作物只是為食品、飼料和纖維加工，沒有在綜合利用上進行優(yōu)化。對植物/農(nóng)作物投入的成本評價基礎是未經(jīng)優(yōu)化的植物生產(chǎn)系統(tǒng)，因此經(jīng)濟性不佳。一些邊際土地的利用可以擴大植物基可再生資源原料基地。但是從經(jīng)濟上比較，其很難達到經(jīng)濟可行目標。在估算其經(jīng)濟回報時，要考慮化肥、農(nóng)藥等化學品的使用費用。要增加可再生資源來源，除了要提高邊際土地利用率外，主要應是如何對良田建立優(yōu)化種植生產(chǎn)系統(tǒng)。

當前低投入、低產(chǎn)出的植物生產(chǎn)對農(nóng)民難以盈利，并不利于農(nóng)村發(fā)展，也不能為加工業(yè)提供低價原料。但是在產(chǎn)出方面，數(shù)量和質(zhì)量相差甚大，從此系統(tǒng)得到的產(chǎn)品必然價格較高，嚴重地限制了經(jīng)濟上的可行性。而且，由于低產(chǎn)出生產(chǎn)就需要更多的土地，其對環(huán)境的單位影響常常大于更為強化、密集的系統(tǒng)。因此要優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)，同時改善邊際土地的利用。此外利用生產(chǎn)率高的土地作為植物/農(nóng)作物可再生資源的原料基地，這也有利于解決數(shù)量和質(zhì)量上的波動變化。

農(nóng)村根據(jù)市場需求規(guī)劃種植計劃，如根據(jù)乙醇市場還是植物油供需情況，做出種玉米還是種黃豆的選擇，其次則要進行第2輪對品種的選擇，作乙醇則要種高淀粉含量的玉米品種，如要種飼料，則種含高油量玉米更佳。這些選擇都對產(chǎn)出經(jīng)濟效益有很大影響。面對“設想”需要擴大食品或飼料、飼料或原料、油料或淀粉、纖維或糖、藥品或聚合物等等選擇范圍。要根據(jù)供應或需求來決策，就需要進一步仔細研究有關課題。

3、植物/農(nóng)作物基原料成本

利用植物/農(nóng)作物基可再生資源主要是成本問題，它與烴類相比是不經(jīng)濟的。工業(yè)生產(chǎn)要求大量的便宜原料。植物原料價格便宜，如果能開發(fā)適當?shù)南到y(tǒng)將極具競爭能力。利用植物/農(nóng)作物基原料生產(chǎn)化學品的成本比較，詳見表3。

表3、植物/農(nóng)作物基化學品生產(chǎn)成本類別生產(chǎn)量萬噸通常方法美元/1b植物衍生美元/1b植物衍生占總產(chǎn)量%

糠醛300.750.7897.0

粘合劑5001.651.4040.0

脂肪酸2500.460.3340.0

表面活性劑3500.450.4535.0

醋酸2300.330.3517.5

增塑劑801.502.5015.0

炭黑1500.500.4512.0

洗滌劑12601.101.7511.0

顏料15502.005.806.0

染料45012.0021.006.0

墻涂料7800.501.203.5

油墨3502.002.503.5

專用涂料2400.801.752.0

塑料30000.502.001.8

實際上,在制造業(yè)中選用不同的化學加工工藝對其成本影響很大。

植物/農(nóng)作物基可再生資源不是一種替代性資源,而是為工業(yè)原料提供的補充資源。成本問題并非只限于原料,而且與加工過程有關，因此要進一步開發(fā)新的化學和生物加工工藝，才能擴大植物基可再生資源應用范圍，使之成為經(jīng)濟可行系統(tǒng)。

二、前景

由于植物/農(nóng)作物基可再生資源的來源不同，每種來源的原料又可以利用不同的加工工藝，構成了一種多維的發(fā)展前景。本“設想”運用矩陣分析方法進行探討。不同投人的植物原料，可以運用不同的加工系統(tǒng)，并取得各種不同的開發(fā)效果。

1、廢料和副產(chǎn)物利用

從當前看，利用機會多，但需要有新的加工技術才能使其成為更重要的資源。

(1)現(xiàn)代化學

森林工業(yè)已經(jīng)將副產(chǎn)物利用發(fā)展成為一個較大的行業(yè)，如紙漿副產(chǎn)液轉化為磺酸木質(zhì)素表面活性劑CH3SOCH3以及用樹皮制丹寧。農(nóng)作物的磨榨工業(yè)開發(fā)了許多應用副產(chǎn)物進行加工的工藝，如從燕麥制糠醒、淀粉粘合劑、專用棉籽油、從濕磨料生產(chǎn)擰蒙酸鹽和氨基酸等。但是，許多食品加工業(yè)，如蔬菜和水果卻沒有開發(fā)相應的副產(chǎn)利用加工工藝，經(jīng)常將副產(chǎn)淀粉和糖排放入周圍環(huán)境。副產(chǎn)物的利用具有許多發(fā)展機遇，提取及銷售其所含的有效成分是降低主產(chǎn)物成本的手段，而且從戰(zhàn)略上看是擴大利用植物基資源。

(2)改進化學

木本植物和有些農(nóng)作物加工中有較高的木質(zhì)纖維素含量和一些碳水化合物，如烴類工業(yè)一樣，可以將復雜分子轉變?yōu)檩^小分子技術。便宜的植物衍生發(fā)酵制糖的開發(fā)已在進行。用金屬有機物化學將碳水化合物轉變?yōu)樵鲋祷瘜W品是擴大利用植物基原料的又一技術途徑。改進化學方法具有潛力，可以使植物衍生的廢料加工利用提高經(jīng)濟回報率。

(3)生物加工

在比較復雜的料漿中用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)某種分子，再將其分離出來成為需要的產(chǎn)物。生物轉化是應用微生物、細胞或不含細胞的酶系統(tǒng)的一步法工藝，它提供了改進廢物料和副產(chǎn)物利用機會，隨著分離技術的提高，生物加工工藝可以獲得更為廣泛的應用。

(4)新分子

在此方面似乎不太重要，從廢料中生產(chǎn)新分子不是一條最佳途徑。

2、現(xiàn)有農(nóng)作物

從近期看擴大應用具有最佳機會。

(1)現(xiàn)代化學

從化學工業(yè)整體看，并沒有|認為植物衍生材料具有較高的經(jīng)濟價值，但是具體|問題要具體分析。石油化工利用烴類而不用碳水化合物和其他生物基分子。

(2)改進化學

如果植物衍生原料是結構型的生物質(zhì)，含有木質(zhì)素和纖維素等成分，其具有一定優(yōu)勢。一些新技術，如綜合燃燒或金屬有機化學等都能提供更好地利用此類資源的機會。除林產(chǎn)資源外，約有5200億磅的生物質(zhì)資源目前尚未加以利用。改變加工工藝路線可以提高利用現(xiàn)有資源的效益。新的工藝開發(fā)可以提供利用糖和淀粉的機會。植物淀粉有不同來源，如水稻、土豆、玉米和小麥，它們的性質(zhì)、用途都不同，因此需要改進其化學方法，發(fā)揮其潛能。新化學工藝與生物加工及先進的分離技術綜合起來可產(chǎn)生很大效益。

(3)生物加工工藝

植物作為生物加工原料量大而多樣，從結構型生物質(zhì)到一些專門的植物組分，在生物加工方面潛在優(yōu)勢很大：用酶轉換玉米衍生的葡萄糖生產(chǎn)高果糖的玉米糖漿。最近從玉米葡萄糖經(jīng)過發(fā)酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸鹽可以用作制一些化學產(chǎn)品如丁二醇、四氫呋喃，這些中間體又可進一步加工制成許多種產(chǎn)品。當前，用10億磅這種原料可得到價值13億美元產(chǎn)品，現(xiàn)在正在中試。多種學科進行合作就可取得良好的效果，這是短期內(nèi)取得成效的一種良好運行模式。

(4)新分子

植物原料的投入固定，利用基因改性所用微生物或是專用酶，可產(chǎn)生新分子。此工作目前只在很小的市場中進行。當市場對具有特殊性能的新產(chǎn)品需求增加，投入產(chǎn)出可能會促使其發(fā)展，技術和經(jīng)濟的綜合研究要沿著產(chǎn)品開發(fā)鏈進行，從界定所需要的產(chǎn)品——需要的特性——分子結構——中間體——酶技術——蛋白質(zhì)/基因工程——投入植物的最佳原料——生產(chǎn)優(yōu)化等。

3、新鮮農(nóng)作物

此項作為中期發(fā)展機遇。

(l)現(xiàn)代化學

因為化學工業(yè)一般不認為農(nóng)作物的利用能獲得較高的經(jīng)濟價值，因此新鮮農(nóng)作物并無吸引力。過去曾認為可以降低成本，但是實際上的技術限制否定了其經(jīng)濟性。

(2)改進化學

從投入產(chǎn)出看，存在類似問題，如果改進的化學工藝需要專門的農(nóng)作物，-新鮮農(nóng)作物可能會有優(yōu)勢。另一優(yōu)勢是在物流方面。按照改進工藝實施和運作規(guī)模，所需原料只能就近供應新鮮農(nóng)作物。因此改進工藝應當與供應系統(tǒng)平行進行才能互相支持共同發(fā)展。植物作為原料補充資源時，困難在于許多烴類加工裝置不位于農(nóng)作物和森林種植地區(qū)，而植物基原料運輸費用很高。

(3)生物加工工藝

與改性化學類似,區(qū)別在于如何將原料加工成中間體和最終產(chǎn)品。在技術上要考慮農(nóng)作物品種的適用性，一種生物工藝可以對多種品種進行加工。優(yōu)化工藝是影響運作經(jīng)濟很重要的因素。

4、改性基因類植物

這是中長期發(fā)展機遇，其可提供的成效目前尚難以想像，今后是否出現(xiàn)碳水化合物經(jīng)濟，或是其他經(jīng)濟，這要看建立在生物工程基礎上的新工業(yè)平臺所能發(fā)揮的作用。

(1)現(xiàn)代化學

基因改性植物基原料可能成為現(xiàn)有的烴類加工系統(tǒng)原料。但是，改性植物分子在烴類系統(tǒng)中降解所花代價太高。因此投入技術要能跨越加工技術，或者是較復雜的分子能直接得到并進入制造鏈，再有是新工藝路線能高效地應用此改性原料。當然這些變革都要從經(jīng)濟和環(huán)境兩方面來評價其效益。

(2)改性化學

對優(yōu)化植物/農(nóng)作物基原料投入和加工有好處，應當進行此方面研究。至于何時見效則要根據(jù)基因技術進展及其達到工業(yè)化時間來確定。

(3)生物加工工藝

微生物或酶進行基因改變達到強化工藝過程目的。生物工程具有長期潛力，在原料投入和生物技術本身之間創(chuàng)優(yōu)，有時所需要的可作基礎原料的分子可以部分在植物原料內(nèi)進行合成，用生物轉化或高度專門化的生物/化學工藝進行分離。為了繼續(xù)應用化石燃料生產(chǎn)專門產(chǎn)品，需要進行研究開發(fā)，使有限資源能取得最大的價值。

(4)新分子

過去20年中，塑料已成為最大的工業(yè)部門，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金屬。市場將會根據(jù)消費者的意愿和需求發(fā)生變化。材料科學將繼續(xù)發(fā)展，市場銷售者將繼續(xù)設計新的消費品，塑料的未來變化難以預料。能作為新工業(yè)發(fā)展平臺基礎的新分子將會很多，物理與化學科學與生物工程材料結合將產(chǎn)生新的領域。植物基可再生資源將是未來的主要資源。新陳代謝工程是將豐富資源制造成所需基礎原料的渠道，支持社會基礎設施。開發(fā)和拓寬其可能性，需要先進的技術，這將是未來新領域。

生物技術的潛在影響及實施“設想”的工作途徑

生物技術的潛在影響

對一個新的技術領域進行評價，可以從如下幾個方面來分析：近來變化的速度和引入的速度、量度及其帶來利益的水平及公共公司投資、評價專利活動和有關協(xié)會的活動、觀察開發(fā)進程、審視所取得的成功進展。

90年代初期，許多人對生物技術將對農(nóng)作物帶來很大變化是持懷疑態(tài)度的。到1996年，轉基因作物在產(chǎn)業(yè)化方面取得成功，明確地澄清了這個問題。這些早期的成效是關于新的作物保護途徑，對保護植物生產(chǎn)免受病蟲害起了重要作用，對進一步了解和掌握如何改進植物組分也很重要。

由于管理方面的需要，轉基因大田試驗記錄由美國動物和植物健康監(jiān)測服務中心保存。從記錄中可以看到一些行之有效的轉基因改變植物組分的工作正在進行之中，試驗范圍也在不斷擴大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和PioneerHi-Bred等都在進行。

為了改變植物組分以提高營養(yǎng)價值，改善加工性能，或是為了某些工業(yè)和制藥的應用，一些轉基因改性品種已經(jīng)進行了評價，包括碳水化合物的變革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白質(zhì)形態(tài)操作(typemonipulation)、纖維特性改性、產(chǎn)生抗體、工業(yè)酶生產(chǎn)、二級化合物操作(甾醇，earotenoids等)、新型聚合物生產(chǎn)。

轉基因技術發(fā)展非常迅速，為植物基材料擴大應用開辟了新的途徑，使其可以為工業(yè)生產(chǎn)提供分子基礎原料和更為復雜的分子原料。用植物基原料主產(chǎn)聚合物，制造塑料就是一個成功事例。從A1-coligenenentrophus細菌的3種基因已經(jīng)能轉入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羥基丁酸酯)，濃度可達14%。這種生物可降解的熱塑性塑料正在進一步開發(fā)，使之可以從黃豆、棉花和油菜籽制備。

在過去50年內(nèi)，通常用的植物培植產(chǎn)率已經(jīng)提高了3倍，根據(jù)農(nóng)作物滿足食物、飼料和纖維不同用途，選擇不同的方法得到具有不同特性的產(chǎn)物。高級植物種植要用基因圖譜和轉基因技術，進一步提高食物和飼料生產(chǎn)需要供應的植物基原料。

生物技術對植物基原料已經(jīng)產(chǎn)生革命性的影響。但是，用生物技術來改變植物，使之適合烴類經(jīng)濟需要，并不是一條最佳途徑。這就需要進一步弄清什么是工業(yè)鏈需要的因素，而這些因素又是能在未來轉基因植物基可再生資源中具有最大的優(yōu)勢。

實施“設想”的工作途徑

要成功實施美國可再生資源開發(fā)利用的戰(zhàn)略設想(以下簡稱“設想”)中所提出的大綱，需要將研究、開發(fā)、工業(yè)過程工程以及對未來的市場了解等項工作有效地集成起來。適應“設想”的多學科計劃以及各個項目的協(xié)作都要求有一共同的目標，向前沿技術邁進。應用改進的化學工藝加工現(xiàn)有的農(nóng)作物，包括集成運用生物工藝，可以納入短期計劃之內(nèi)，從當前到今后10年可以著手實施。這是研究中的一個熱點。另一個熱點是觀念上的飛躍，超越當前的烴類化學，結合基因改性植物，運用新的工藝，這可以納人中長期計劃中，在10到20年甚至更長時期內(nèi)實施并產(chǎn)生影響。上述兩個熱點都是當前在研究中進行投資，在不同期限內(nèi)可以取得回報。

如果在這些領域內(nèi)取得成功，在工業(yè)應用上就可以有了一個可行的堅實科學基礎。新鮮作物應用開發(fā)將被看作是一個降低這些系統(tǒng)成本的一種機制，或是改善供應狀況(數(shù)量和質(zhì)量)，滿足工業(yè)發(fā)展需要。

當審視植物基可再生資源的前景時，可以看到供應鏈本身包含著許多重大課題。不同物種發(fā)展有各自的地理優(yōu)勢，可以形成專門原料的加工中心，包括進入國內(nèi)和國外兩個市場。對轉基因作物的鑒別保護機制仍在變化，植物基可再生資源上的這些系統(tǒng)都需要進一步研究。

本“設想”并非要給各種問題以答案，而是指出未來潛在的可能，在各方面采取一定的步驟就可以使其實現(xiàn)。下一階段就要進行各方的協(xié)調(diào)工作，使多方面的投資者能有一個投入的基礎，針對“設想”提出的目標進行開發(fā)工作。該規(guī)劃要訂出各項目計劃，通過研究和開發(fā)來支持“設想”中提出的方向性指標。各計劃項目要符合下列一個或幾個方面的要求。

優(yōu)化生物質(zhì)和農(nóng)作物基原料生產(chǎn)，達到計劃應用要求狀況。

為植物基原料的供應鏈提出裝置、地點、貯運和分銷措施，包括加強農(nóng)村經(jīng)濟的機制。

加速發(fā)展基于改性化學和生物工藝的新工藝，同時考慮利用植物/農(nóng)作物基可再生資源原料。

對多類投資者支持的項目，對上述三個方面中一個或一個以上將產(chǎn)生影響的項目，或是多學科項目等將給以優(yōu)先和優(yōu)惠待遇。投資項目選擇標準應考慮時間要求和潛在影響的大小來確定。

植物/農(nóng)作物基可再生資源對工業(yè)基礎原產(chǎn)的需求增長是一個戰(zhàn)略性措施，也是使美國在21世紀繼續(xù)保持領先地位的戰(zhàn)略性選擇。開發(fā)基礎資源具有經(jīng)濟、環(huán)境和社會方面的好處。機遇是明確的，考慮未來的設想是需要的，要聯(lián)合投資者對新途徑進行投資，才能創(chuàng)造一個安全的未來。

“設想”文本中不止一處引用達爾文的名言“能夠幸存下來的物種，不是最強的，也不是最聰明的，而是能適應變化的”。

2020年可再生資源應用將增加五倍

《植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設想實施的技術指南》(以下簡稱“技術指南”)，是《植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設想》(以下簡稱“設想”)的補充，提出的目的是：支持“設想”方向，確定發(fā)展中的主要障礙和問題，確定優(yōu)先的研究領域。

要達到上述目的需要進行協(xié)調(diào)觀念開發(fā)，收集專家證明，組織多學科研討會、聽證會，優(yōu)勢排隊試驗和團隊行動計劃等多項工作。在“技術指南”編制過程中吸收了各方面人士的意見，參加研討的共有66名有關部門不同行業(yè)的專家。專家們就全球性問題提出“設想”，針對“設想”結合現(xiàn)實狀況提出存在的主要障礙與問題，再確定研究與開發(fā)領域，從而找出優(yōu)先研究開發(fā)的課題。這些課題所屬領域都是能為利用可再生資源實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展起最大杠桿作用的研究領域。通過參加“技術指南”研究和編制的專家的專業(yè)情況反映出在化工制造中應用生物基原料需要涉及多門學科。但是有3個產(chǎn)業(yè)是中心，即化學、生物和農(nóng)業(yè)，每個產(chǎn)業(yè)都涉及幾門不同的學科，如農(nóng)業(yè)，林業(yè)和石油化學。

1、農(nóng)業(yè)和林業(yè)

農(nóng)業(yè)：是一個廣泛的概念，包括谷物生產(chǎn)、林地和牧場等。這些土地上生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品和林產(chǎn)品一起構成生物基材料，它們通過太陽能，大氣中的CO2和土壤中養(yǎng)分進行原始生產(chǎn)而成為可再生資源。美國擁有大量優(yōu)良土地，豐富的自然水資源和先進的技術基礎，通過資源保護和利用，每年可產(chǎn)生可再生資源的巨大財富。林業(yè)：在美國有超過6.5億英畝（1英畝=4046.24平方米）的森林，從業(yè)人口140萬，每年生產(chǎn)價值2000億美元產(chǎn)品。過去10年內(nèi)，紙張部門的增長比木材業(yè)快。木材和紙產(chǎn)品回收循環(huán)利用率高，每年有約4000萬t紙再生利用。美國的林業(yè)已經(jīng)制定出2020年發(fā)展設想以及相應的研究計劃。該設想呼吁進行研究，用先進的生物和遙感技術以及樹木生理學和土壤科學等理論。

農(nóng)業(yè)和林業(yè)通過應用基因學技術和轉基因植物等新手段將會出現(xiàn)大的躍進。在不久的將來，可生產(chǎn)出大數(shù)量和高質(zhì)量的作物。除了飼料和食品，還可以為工業(yè)部門提供原材料。而且還可以引入某些酶標記基因，可能會在植物體內(nèi)制造完全新型的聚合物，并可大量生產(chǎn)，成為經(jīng)濟的消費用品。

美國將技術進展應用于植物和農(nóng)作物的調(diào)整，使其在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和制造業(yè)中保持可持續(xù)發(fā)展的領先地位起著主要作用。國家的未來明顯地要依靠近期開發(fā)可再生資源基礎的研究來支持。

2、石油化工業(yè)

化學、工程學、物理學和地理學等幾門學科在石油化學工業(yè)中的應用，對人們生活產(chǎn)生的影響是50年前難以想像的。石油化學工業(yè)成功地創(chuàng)造了眾多產(chǎn)品，從高性能的噴氣發(fā)動機燃料到基礎化學品以及許多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。

石油化學工業(yè)：是資本密集型工業(yè)，已經(jīng)建立了可觀的基礎設施來處理和加工化石燃料。美國每天要用1390萬桶烴類原料，多數(shù)是作為燃料型產(chǎn)品，用于化工及其他工業(yè)基礎原料生產(chǎn)，每天約為260萬桶油短類原料。

近年來，工業(yè)化學品和塑料生產(chǎn)都有巨大的增長。塑料工業(yè)從業(yè)人員120萬人，有20000套生產(chǎn)加工裝置，過去在研究開發(fā)上花費以10億美元數(shù)計的投資，才獲得了今日成就。如果塑料制品的原料沒有可再生資源，遲早有一天會變得十分昂貴。一方面，是否還有上萬億桶的石油開采量，原油價格能否在每桶10美元以內(nèi)。世界原油生產(chǎn)已經(jīng)變化迅速，而且有許多不定因素。另一方面，化石燃料資源是有限的，這是無可爭議的事實。重要的是考慮當供應呈峰值時未來價格的敏感度，而不是去爭論何時是油將用盡的理論時間。最近由于幾處新資源的發(fā)現(xiàn)及應用，在20年內(nèi)原油產(chǎn)量可能會有所增加。但是，必須注意美國一直是原油進口國，50%原油靠進口。如果原油進口一旦停止，北美可采用的化石燃料資源儲量按目前消費水平只能維持約14年。如果保持目前進口水平而不增加，也只能使用28年。當然，將會有新的改進的抽提技術，例如水平鉆探和核磁共振鉆孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。

用可再生資源補充石油化學品，要從現(xiàn)在開始，由少量到大量逐步進行，有關研究工作要立即開始。不考慮化石原料供應衰退時間表的爭論，由于人口增長以及一些新興國家人們生活水平提高，需求將繼續(xù)增長。在可再生資源取代化石燃料之前，它將作為一種補充資源。因此，無論如何在美國開發(fā)可再生資源作為工業(yè)原料都是十分重要的。

“設想”中提出的指標是“2020年基礎化學品至少有10%來自植物衍生可再生資源，隨著發(fā)展觀念到位，2050年要提高到50%”。要注意無論是美國還是全世界總消費量的增加是很快的，因為即使2020年的10%目標是按當時的生產(chǎn)總量計算，也比當前消費水平要提高4—5倍，絕對的增加更大。如果2020年消費水平本身提高1倍，可再生資源的絕對指標也要翻番。

換言之，不能期望可再生資源在不變的需求環(huán)境下能完全取代烴類資源，而只有當消費產(chǎn)品需求增加，可再生資源可以能滿足此增加需求中的一部分。在2040年時間框架中，指標可以是：可再生資源應用使化石燃料能穩(wěn)定地維持現(xiàn)在的消費水平。按此指標可以形成以下的觀念：

由于不是一個競爭替代戰(zhàn)略，可再生資源并不與非再生資源直接競爭。

需要用可再生資源和非再生資源兩種資源來滿足未來20年的需要。30年以后，可能要更多依靠可再生資源，因為那時的化石燃料將會很貴而且有限。滿足近期指標的支持和研究完全與長期目標保持一致，這些方向性指標，非常清楚地表明面臨的挑戰(zhàn)是巨大的，需要從現(xiàn)在就采取行動，應當開始建立通向擴大利用可再生資源的道路。除了建立可操作的可再生資源基礎指標外，其他一些相關的指標也是很重要的，包括：

建立系統(tǒng)，通過加強經(jīng)濟可靠性的基礎設施支持，將供應、制造和分銷等活動集成起來。

通過功能基因學來提高對植物新陳代謝的理解，優(yōu)化對專門的增值加工工藝的設計和應用，除應用現(xiàn)有的組分外，要開拓新型聚合物生產(chǎn)和應用。要保證開發(fā)的新工藝過程的效率高于95%，同時應用伴生工藝，應用所有副產(chǎn)物，消除廢料，保證新的平臺能在特殊的環(huán)境條件下堅持目標方向對確定目標與研究指標要反復交叉檢驗，使其能堅持可再生燃料/能源需要的目標。

在生產(chǎn)和分銷中要開發(fā)保持穩(wěn)定供應的途徑，在年生產(chǎn)一定范圍基礎上控制一些因素，如價格、數(shù)量、性能、地區(qū)分布、質(zhì)量等。同時要制定提出這些因素的標準。

建立進一步合作伙伴關系，改進綜合集成，通過加強農(nóng)村發(fā)展來支持取得成功。

“設想”的目標要實現(xiàn)，主要要使本“技術指南”中所列出的目的大綱都能達到?；蚋男灾参锷a(chǎn)專門的代謝產(chǎn)品和開發(fā)補充性的化學改性產(chǎn)品取得成效就可以達到2020年可再生資源應用增加5倍的目標。這些進展也將為2020年以后的進一步發(fā)展奠定基礎。

可再生資源應用技術和市場的障礙及問題

將可再生資源制成消費產(chǎn)品的整個系統(tǒng)中有許多障礙和問題，其中關鍵和問題是：

植物科學方面：基因學、酶、新陳代謝和組分。

生產(chǎn)方面：單位成本、收率、持續(xù)性、基礎設計、植物設計。

加工方面：經(jīng)濟學、分離、轉化、生物催化、基礎設施。

應用方面(由技術和材料驅動的問題)：經(jīng)濟學、功能性、性能、新用途。

應用方面(由市場和需求驅動的問題)：價格性能比、性能、知覺、市場開發(fā)。

現(xiàn)將上述關鍵和問題擇要分別介紹于下。

一、關于應用方面（材料驅動問題）

1、經(jīng)濟學

單位成本是當前植物衍生材料使用的主要障礙，也是經(jīng)常引起爭論的一個問題，問題的核心是競爭性成本狀態(tài)。在多數(shù)情況下，應用植物基原料的成本都比較高，難以與以烴類原料為基礎的加工工藝競爭。但是，成本競爭情況有幾個非常復雜的因素互相影響，諸如產(chǎn)品價值、材料成本、產(chǎn)量、需要加工程度以及所用基礎原料的性能等。因此如果未來的戰(zhàn)略只考慮降低本是不會成功的。最重要的經(jīng)濟推動因素不是成本本身，而是制得的產(chǎn)品和制造費用的差價(即增值)。

產(chǎn)品價格是諸多因素的函數(shù)，諸如產(chǎn)品利用、性能、消費者喜好和需求等，而制造成本則受原材料價格、供應的持續(xù)性、加工、廢料處理費用和投資等諸因素影響，要符合當前的具有競爭性的通用化學品工業(yè)的低成本需要。但是，從長遠考慮，只進行成本比較是有問題的，因為未來的化石燃料的成本是難以預測的。

在當前情況下，用烴類原料生產(chǎn)消費型產(chǎn)品的加工效率是很高的。但這并非是化石原料本身具備的特點。因為石油化工已經(jīng)研究了100年，有了3代科學家，政府投入了大量資源才使之達到今日的水平。與之相比，植物基材料應用尚處于較低的水平，開拓植物基原料應用來適應已臻成熟的烴類加工需要并不是一條唯一的道路，目前應用數(shù)量還是很少的。另一條路線是通過弄清植物衍生材料性能進行技術開發(fā)，用基因改性植物，使之能提供含有需要功能的組分。

2、功能性

改變植物中的不同組分含量的目的是提高其功能性。在石油化工中先進行原料裂解降級成為簡單的分子，隨后用它們再行合成為較復雜的分子和聚合物。植物中已經(jīng)含有不同形態(tài)的聚合物，可以在許多產(chǎn)品中應用。但是，在現(xiàn)在加工系統(tǒng)中尚無大量應用。用量有限的原因有幾個方面，其中主要的是由于缺乏對其功能性的理解，而只注意其成本。最近，已經(jīng)由植物衍生的蛋白質(zhì)聚合物研制出塑料薄膜的試驗產(chǎn)品，顯示出其應用的潛力。而且，植物擁有立體化學結構，可以得到一些有價值的手性分子，如糖類、維生素、氨基酸等。從總體看，目前對植物基礎原料的反應性和功能性尚不夠了解，因此限制了新應用思路的產(chǎn)生。

二、關于應用方面（需求驅動問題）

1、市場開發(fā)的費用

植物衍生材料應用的一個關鍵是市場開發(fā)費用高。正如許多新產(chǎn)品市場一樣，新產(chǎn)品的研究往往是由小公司開始的，它們投資不足，缺乏繼續(xù)發(fā)展的資源，常常只停留在試驗階段。工業(yè)化的成功率低，由于沒有一定的供應量而常使產(chǎn)品衰落。因此，需要大力改進產(chǎn)品開發(fā)和支持機制，而且要進行與產(chǎn)品相關的市場開發(fā)，這是擴大利用可再生資源的主要工作。目前市場上應用的標準都是基于石化產(chǎn)品，沒有適應生物基產(chǎn)品的標準，這也是要成功地與石化產(chǎn)品競爭的另一障礙。

2、認識問題

植物衍生材料常給人以較低級的印象，這可能是由于當前處于“石化時代”之故。對某些制造廠商來說，它的性能較差，主要是因為未得優(yōu)化。雖然公眾環(huán)境意識增強，但是對植物基產(chǎn)品需求尚不足以創(chuàng)造市場來拉動技術開發(fā)。因此，當前可再生資源的進展主要是基于技術推動的結果，只有增加市場拉動才能有力吸引公司更多投資。沒有要變革的沖擊，就不會有更多的變革。因此，如果沒有各種經(jīng)濟傾斜途徑，現(xiàn)狀是難以改變的。

三、加工問題

1、基礎設施中分銷問題

多年來石油化學工業(yè)已經(jīng)建立了加工和分銷烴類基礎產(chǎn)品的有效基礎設施。由于依賴進口原油，美國的多數(shù)基礎設施是建設在海岸線上。因此，許多現(xiàn)有的加工裝置并不適合大量植物基材料的收集。植物原料都是在木材加工廠、榨油廠和玉米濕法加工廠進行加工，它們最好接近于供應地。要應用大量植物原料就需要進一步將供應和加工制造集成起來。應當開拓確立農(nóng)村發(fā)展優(yōu)勢和重點的戰(zhàn)略和措施，更好地鼓勵多用可再生資源。

2、分離技術

應用植物于工業(yè)用途的一個關鍵是缺少植物組分的分離技術。樹木具有非常復雜的成分如木質(zhì)纖維素。此成分強度高，但要將它分離為有用的分子組分則很困難。多數(shù)農(nóng)作物收獲品是種子，它們含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油分和數(shù)萬種其他組分。通常對許多谷物發(fā)芽和生長都能進行良好的安排，而對其作為原料進行分別管理則很困難。一些除去原始粗組分的工藝，如榨油和提取糖分等已經(jīng)開發(fā)，但如何將專門形態(tài)的蛋白質(zhì)和純的含碳組分分離則仍是困難。在植物基原料加工中常遇到非常稀的水溶液物料，處理費用很高而且技術困難，這是應當要解決的問題。將反應與分離集成起來的加工系統(tǒng)(如催化蒸餾)可能是一個解決問題的方向。但是此類系統(tǒng)目前應用有限。而且還未被開發(fā)作為植物基原料方面的應用。通過引入某些基因而使植物增加新的組分，就更需要應用先進的分離技術來回收有意義的新組分。例如生物聚合物開發(fā)中目前就因缺少高效純凈的經(jīng)濟上可行的分餾工藝技術而受到限制。植物的組分如不能有效地分離出來，就不可能控制最終產(chǎn)品的特性和質(zhì)量。

3、轉換技術

要利用植物中各種組分的另一問題是將這些非均相的混雜原料轉換成較為簡單的分子，這才可以進行進一步反應。在植物基原料中，加工工藝需要有高性能的多功能生物催化劑或是非均相催化劑，這些催化劑具有多種功能并可以進行回收。

知識不足是另一關鍵，目前人們尚缺乏關于植物組分的自然差別和來自不同作物的同樣組分的特性等方面知識。這些知識的缺乏和不足就構成難以鑒別植物的差異性，缺少鑒別的手段，因此也就難以考慮作為原料的應用。發(fā)酵是用來將某些農(nóng)作物轉化為各種產(chǎn)品的工藝，轉化是非均相的。所用的轉化方式，副產(chǎn)利用和分離等方面仍有許多有待改進之處。一般地說，植物系統(tǒng)的復雜化學問題使新型或改進植物基加工工藝的設計較為困難。烴類化學制造中有豐富的氧化化學知識，還原化學方面較少，這些都是植物系統(tǒng)加工所需要的。目前特別缺少關于還原生物催化劑共生因子系統(tǒng)方面的實踐知識。

植物原料加工工藝開發(fā)的另一個大的障礙是當前缺乏有關的教育培訓。目前化學工程課程中只有少數(shù)涉及生物化學課題，多數(shù)畢業(yè)生成為化學工程師只擁有非?；A的生物工藝知識和有限的重要生物分離的知識。多年來，工藝化學家和工程師的培訓重點都是烴類化學，考慮植物基可再生資源加工需要很少。

四、生產(chǎn)方面

1、收率、持續(xù)性和基礎設施

因為目前尚未利用大量植物基原料，除木材和造紙外，只是關注未來的供應分銷而不是現(xiàn)實存在的問題。但是，這些對實現(xiàn)可再生資源的目標都是十分重要的。在供應的持續(xù)性方面，數(shù)量和質(zhì)量都是未知數(shù)。如果植物基原料能加工成簡單的碳分子，其持續(xù)性問題就不成關鍵。但是如果要設計應用其中某種特殊組分(如聚合物)，或是要直接抽取其中某種專門組分，原料的質(zhì)量和數(shù)量的穩(wěn)定性就非常重要。

在一些情況下，供應持續(xù)性中的不確定因素實際上就是風險管理的內(nèi)容。未來的石油化工供應問題和可再生資源供應問題都有風險。對石油化工來說，未來的供應不桷定因素可能因世界上一些區(qū)域的政治變化而增加。而對植物基原料來說，氣候可能成為不確定的地區(qū)因素。如果某些專門植物不能大量生產(chǎn)可能導致貿(mào)易上的不確定因素，這些問題不需要采取斷然措施，但是需要重視通過改變基礎設施來保證經(jīng)濟可靠性。另一個沖擊供應持續(xù)性的不確定因素是未來的農(nóng)作物用途是作為食物還是作為工業(yè)原料。一方面是根據(jù)供應短缺理論，認為農(nóng)業(yè)難以供應飛躍增長的人口和消費品增長所需的原料。實際上，從需求角度看，食物和原料都在增長，即使不考慮可再生資源進行工業(yè)利用，食物本身也存在問題。解決食物問題的方案也可能就是解決工業(yè)原料問題的方案。因此，在供應方面必須應用新技術，如生物技術，這樣才能保持產(chǎn)率不斷提高，使農(nóng)業(yè)能達到一個新的水平。

2、植物設計、植物科學、基因學

轉基因技術已經(jīng)顯示出令人鼓舞的前景，要進一步充分利用尚有大量工作有待進行。存在的一個主要障礙是對植物本身內(nèi)在新陳代謝過程還不夠了解，不能按特殊聚合物和其他材料的需要進行設計。因此，對植物新陳代謝和碳流的知識匱乏是其發(fā)展中的限制因素。

近年來功能基因學的進展有望促進對材料合成設計的理解。但是這門科學目前剛開始，與類似的醫(yī)學領域相比所取得的支持還是很有限的?；蜣D變中的另一成就是讓更多的專用基因嵌入和對質(zhì)體以及細胞核的常規(guī)轉變。在植物變化、基因學和生物信息等方面有著廣泛的研究項目，但是將這些出現(xiàn)的新技術應用于可再生資源的專門研究則很少。

要使科學知識不斷深化，在一定程度上取決于消除這些主要障礙，有些已被稱為多學科的研究。但是，需要努力加強和協(xié)調(diào)才能促進現(xiàn)有的障礙及時地被克服。換言之，基因管理的研究必須緊密地與植物內(nèi)含聚合物的功能性以及分離工程等研究相結合。

研究和開發(fā)的課題

《美國植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設想的技術指南》(以下簡稱“技術指南“)列出為解決植物/農(nóng)作物基可再生資源利用中的主要障礙應當進行研究開發(fā)的課題?！凹夹g指南”按4個主要方面的障礙依重要性大小列出研究開發(fā)課題，每個研究課題的影響都有其時間范圍，其中近期表示0—3年、中期表示2010年、長期表示2020年，近期目標的達到可用以衡量面向2020年可再生資源開發(fā)利用設想的前進步伐。

一、植物科學研究方面

1、近期影響課題(按重要性依次減小順序排列,，下同)

(1)應用功能基因學了解植物新陳代謝和組成，至少要與1種主要農(nóng)作物基因計劃結合；

(2)開發(fā)能實時進行植物組分的定量分析工具；

(3)改進轉基因方法，特別是對麥桿基因的專門嵌入，要在1998年基礎上提高效益10倍；

(4)開發(fā)1—2種主要農(nóng)作物的基因標記系列，使之有助于擺在有用的可再生組件含量；

(5)將80%現(xiàn)有的germplasmbase進行編目，有效利用各類淀粉、蛋白質(zhì)和油分；

(6)找尋發(fā)展中的生物信息學利用途徑，推動可再生資源的研究和開發(fā)，

(7)弄清nuclear-plastid相互作用。

2、中期影響課題

(1)在新陳代謝過程和碳流中至少弄清50個限制速率的關鍵步驟；

(2)利用功能基因學弄清分子、細胞和整個植物的控制管理；

(3)為主要植物用于可再生資源的組分制定標準；

(4)在2種植物中，建立碳庫并為細胞分割確定控制點；

(5)在plastid轉變中高效率(大于90%)方法的建立；

(6)創(chuàng)建示范工廠，使主要組分利用率大于60%(如油料、淀粉)或是專門碳鍵(如C5)大于3O%；

(7)利用基因開關的方法；

(8)建立為植物可再生資源利用的生物信息學基礎。

3、長期影響課題

(1)重新設計新陳代謝過程，提供有用的碳結構骨架；

(2)應用有針對性進化技術建立100個未來原料的品種庫；

(3)設計新型分子或改性現(xiàn)有化合物，使之適應于功能需要；

(4)為提供工業(yè)用原料，創(chuàng)制2種新植物種類；

(5)利用簡單的細胞組織進行成本和能源效率評價；

(6)利用計算機技術設計植物組分。

二、生產(chǎn)研究方面

1、近期影響課題

(1)提高畝產(chǎn)量10%~15%以降低原材料單位成本；

(2)改善農(nóng)業(yè)管理，提高肥料利用效率和蟲害防治，

(3)確定至少10種影響原料組分和質(zhì)量的因素；

(4)對至少10種具有潛力的系統(tǒng)和植物類型的畝產(chǎn)效率進行定標趕超（如主要農(nóng)作物、林業(yè)和多年生種類等）；

(5)調(diào)節(jié)氣候條件對生產(chǎn)的影響；

(6)每年對2種農(nóng)作物的潛力進行評價或用其他方法評價畝產(chǎn)量；

(7)提高當前農(nóng)業(yè)加工中廢料利用率5倍；

(8)在單位投入基礎上提高貧瘠土地產(chǎn)量2倍。

2、中期影響課題

(1)提高產(chǎn)量，使單位投入的碳產(chǎn)出為1998年基礎上的2倍；

(2)為長期可持續(xù)發(fā)展，開發(fā)盡量減小土地、大氣和水利用影響的系統(tǒng)方法；

(3)對收獲產(chǎn)物和主要植物成分建立標準；

(4)專門設計收獲裝備，盡量增大碳的收獲；

(5)開發(fā)新的利用方法，使現(xiàn)在遺留在土地上的農(nóng)作物45%能得到利用，

(6)培育適應專門土地和土壤的農(nóng)作物；

(7)建立農(nóng)業(yè)信息學基礎，重點是不同來源的可再生資源植物類型、生產(chǎn)價值、質(zhì)量和單位成本。

3、長期影響課題

(l)在化石燃料排出廢氣中CO2的固定；

(2)從現(xiàn)在植物/農(nóng)作物生產(chǎn)中消除碳的廢料；

(3)設計新的農(nóng)作物/植物生長系統(tǒng)，優(yōu)化原料回收率(大于95%可利用)；

(4)對主要能源獲取和固定，提高化合效率；

(5)對收獲前期工作和部分就地加工的裝置進行設計；

(6)對連續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)進行設計和評價。

三、加工研究方面

1、近期影響課題

(1)改進分離技術，處理大于95%的非均—植物材料；

(2)改進單體基礎原料變換的生物催化劑；

(3)開發(fā)3種具有高選擇性的快速反應強力催化劑；

(4)為將植物聚合物轉換為有用的單體，找出新型和性能優(yōu)良的酶(具有10倍活性)并進行評價；

(5)將微生物進行工程化，改善非均—植物的發(fā)酵；

(6)提高廢物利用率2倍；

(7)開發(fā)高效的除水技術并對改進的非水溶劑反應系統(tǒng)進行評價；

(8)在植物材料中利用天然立體化學方法的評價。

2、中期影響課題

(1)應用5種以上高級分離系統(tǒng)(如自行清凈膜、離子交換、精餾等)；

(2)為經(jīng)濟捕集植物單體和聚合物開發(fā)改進的分離——純化技術；

(3)為2種以上植物類型建立經(jīng)濟共生系統(tǒng)；

(4)通過分子進化技術設計并創(chuàng)制50種新型酶；

(5)開發(fā)100種以上具有性能成本特性的新型酶庫；

(6)研究反應性分級系統(tǒng)；

(7)對微生物、酶和化學品庫的性能建立信息學基礎，用于特殊的轉化。

3、長期影響課題

(1)實現(xiàn)原料加工中無廢料的多種產(chǎn)出的連續(xù)工藝；

(2)為改性植物和組分設計新設備；

(3)為3種以上新產(chǎn)品(如將工程化酶轉入植物并在收獲中得到活化)設計新機制；

(4)固態(tài)酶轉化；

(5)設計14種化學與生物結合型反應器；

(6)評價植物組分在分離前相內(nèi)的作用。

四、應用和基礎設施研究方面

1、近期影響課題

(3)探求3種在現(xiàn)有加工裝置(如玉米濕法加工廠、紙漿廠)上擴大應用植物原料的機遇；

(4)分析測量系統(tǒng)，對90%以上的主要植物組分進行定量；

(5)實時評價單位性能成本和增值成本的方法；

(6)評價運輸系統(tǒng)及成本；

(7)計算出100%年加工貯存量和投人產(chǎn)出的需求量；

(8)創(chuàng)建基礎設施，擴大利用農(nóng)業(yè)廢料。

2、中期影響課匾

(1)深入掌握植物中10種以上組分和碳鍵新陳代謝體的結構與功能關系知識；

(2)開發(fā)對高質(zhì)量原材料的100%鑒別保護系統(tǒng)；

(3)為價值驅動的生產(chǎn)和定貨實現(xiàn)營銷系統(tǒng)；

(4)對在同一地點的多目的利用區(qū)的協(xié)同作用進行評價；

(5)對原材料組分和加工過程中的中間產(chǎn)物實現(xiàn)實時定量分析手段(小于3分鐘/試樣)；

(6)開發(fā)生產(chǎn)預測手段，準確性大于95%；

(7)在一組植物原料性能基礎上建立信息學基礎，如單位成本、性能、功能性、最佳來源、應用范圍等。

3、長期影響課題

(1)所需功能進行分子結構設計制備植物化合物至少10種；

(2)在植物生產(chǎn)區(qū)內(nèi)開發(fā)至少5個制造利用中心；

(3)開發(fā)3種以上有新功能的新材料；

(4)提出擴大利用可再生資源所需的教育培訓需求；

(5)在植物組分功能間協(xié)同作用的利用；

(6)設計最終產(chǎn)品的貯存和運輸，使之到達銷售中心和出口；

(7)為供需關系的控制創(chuàng)建減輕超過90%風險的戰(zhàn)略。

當前，美國有一些項目已在進行，可視為工業(yè)原料中應用可再生資源的先驅，也可視為本“技術指南”中研究項目的示范事例。其一是在轉基因植物開發(fā)中的聚羥基丁酸酯(PIB)。PHB可在植物中生成，作為制造生物降解塑料的原料，用適當?shù)募毦蜻M行轉化并弄清植物內(nèi)在的新陳代謝路徑，從而構成制備方法?，F(xiàn)在正在進行分離、生產(chǎn)標準等項工作。

其二是用玉米淀粉作原料，通過酶反應制備聚乳酸(PLA)。Cargi11-Dow合資企業(yè)已在充分研究的基礎上進一步投資數(shù)百萬美元建立制造裝置進行工業(yè)開發(fā)。PLA是一種生物裂解聚合物，原料是由玉米濕法加工工藝制備的葡萄糖，其中發(fā)酵過程和酶的活性是重要因素。最終的PLA樹脂可視用戶制膜、纖維、碳制品和涂層的需要分別制出不同規(guī)格品種。PLA具有聚苯乙烯、聚烯烴和纖維素的功能性。

協(xié)同與合作是取得成功的途徑

未來利用可再生資源需要采取一條多學科和跨行業(yè)途徑。在許多領域內(nèi)的研究成就都提供了發(fā)展機遇，如生物聚合物、立體結構型分子、新型酶、新材料和轉基因設計等。但是每個方面內(nèi)的任何進展如果只當作孤立的技術領域是遠遠不夠的，需要更有力的相關研究計劃，采取平行的和協(xié)調(diào)的方式進行工作，才能取得成果。

要取得有效益的進展必須采取多學科的途徑，這是非常清楚的。但是，任何一個組織都難以具備有如此深度和廣度的技術能力。因此，對研究提供的支持應當是多方面的，而且要在跨行業(yè)的系統(tǒng)中進行。

“植物/農(nóng)作物基可再生資源2020年設想”(以下簡稱“設想”)中提出的要求需將重點瞄準有限的熱點目標同步取得進展。對于研究工作則需要有準確的時間表和系統(tǒng)中各方面的廣泛交流，所有這些都要走相互協(xié)同的道路。例如，一位科學家可能發(fā)現(xiàn)一種新型聚合物，具有可以作為高級生物降解塑料的功能，但是，此研究成果的價值受到以下一些因素的限制：發(fā)現(xiàn)適當?shù)幕?、新陳代謝過程可靠性、:最佳作物類型是否能有足夠的產(chǎn)率和可承受的成本、各種聚合物組分分離可能和利用此材料制造新產(chǎn)品的方法等。所有這些因素都需通過研究和開發(fā)才能取得相應的進展。進行這些研究開發(fā)要采取最佳途徑保證研究成果關鍵的目標互相協(xié)調(diào)、平行地進行，此途徑要鼓勵私營部門的參與。

當前，植物和農(nóng)作物作為生物質(zhì)和原料已被應用，諸如淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪酸和異戊二烯化合物。林業(yè)主要是為紙漿和造紙?zhí)峁┰?。黃豆則是用于油墨和涂料。玉米通過濕法加工發(fā)酵工藝已經(jīng)進入幾個工業(yè)部門，但是各種用量都很少。由于基因工程可以通過新陳代謝操作使植物或農(nóng)作物生成有功能需要的材料，從而顯示出新的發(fā)展機遇。

“技術指南”已經(jīng)突出了未來取得進展的途徑，而且確定了系統(tǒng)的各個組成部分的目標。成功地達到這些目標就可實現(xiàn)“設想”中確定的到2020年可再生資源利用增加5倍的目的，同時也為2020年以后進一步發(fā)展奠定了基礎。按“技術指南”目標提出課題是人們用所有的天然資源滿足不斷增長的消費品和能源的需要。當前進行研究將為今后的產(chǎn)品選擇提供機會?？稍偕Y源需要將注意焦點放在以下幾個方面：發(fā)展方向、最佳科學思維的應用、最先進技術的應用和最高級智能水平的繼續(xù)研究等。本“技術指南”已經(jīng)提出了需求和研究開發(fā)課題，其目的就是為美國開拓實施一條成功的可再生資源戰(zhàn)略。而且也選出了需要優(yōu)先支持的領域，它們都是從幾個已經(jīng)確定的科學研究和工業(yè)開發(fā)需求中選擇出來的，而且考慮了在高級可再生資源的關鍵部門有最大的投資回報。

未來世界許多方面都會延續(xù)但將發(fā)生變化。幸運的是我們已看見其需求并具有科學智慧適應變化的發(fā)展。美國要保持領先地位就要繼續(xù)采取迅速的行動來滿足擴大利用可持續(xù)發(fā)展的可再生資源的需求。不斷的科學突破和技術進步(正如“技術指南”文件中所列出的項目和課題)才能滿足資源利用的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)正在我們面前，我們面臨的挑戰(zhàn)是為滿足人們對產(chǎn)品不斷增長的需求。

“技術指南”中從兩個方面表明多學科和跨部門的研究開發(fā)對實現(xiàn)“設想”的重要性：

一是植物的投人，同時要考慮廢料和副產(chǎn)物利用、改性基因學的應用。

篇(2)

關鍵詞：機械制造；自動化；節(jié)能設計

21世紀后，人類對于環(huán)境的可持續(xù)性有了全新的認識。節(jié)能、環(huán)保理念被反復提出，也得到了政府的認可和支持。但是，從當前人類的環(huán)境來看，重大污染問題不斷發(fā)生，不斷的升級，節(jié)能需求的實現(xiàn)迫在眉睫。因此，文章以節(jié)能為基礎，提出機械制造與自動化的節(jié)能設計理念，希望能夠在該領域提出切實可行的建議，也為我國的節(jié)能、環(huán)保之路略盡綿力。

1機械制造及其自動化的發(fā)展

1.1當下發(fā)展狀況

機械制造業(yè)及其自動化是我國目前工業(yè)發(fā)展的重要支柱，該領域在我國的發(fā)展，已經(jīng)達到較高的水平。但從一些調(diào)查數(shù)據(jù)來看，該技術在國內(nèi)的生產(chǎn)效率，卻遇到了瓶頸。換言之，就是技術生產(chǎn)力已經(jīng)達到極致，新型技術仍舊沒有引入，工藝也處于亟待優(yōu)化階段。而處于這樣的時期，意味著我國已經(jīng)進入到“不進則退”的境遇。該背景下，若無法短時間內(nèi)采用先進的技術，便必須進行生產(chǎn)工藝和各環(huán)節(jié)的逐步優(yōu)化，只有這樣才能夠保證持續(xù)生產(chǎn)力的提升。否則我國機械制造及自動化領域，將可能被發(fā)達國家快速拉開更大的距離。

1.2發(fā)展趨勢及主流技術

隨著全球經(jīng)濟一體化的實現(xiàn)，先進技術得到了有效的溝通和交互。將當前需求結合發(fā)展模式來看，機械制造及自動化，主要呈現(xiàn)出四大趨勢：①高度信息化管理。以信息技術替代傳統(tǒng)人力，實現(xiàn)高效的、靈活的管理模式，從而最大化實現(xiàn)成本的節(jié)約；②微電子化發(fā)展。不斷降低生產(chǎn)元器件體積，對空間成本進行有效的壓縮。微電子是機械制造業(yè)實現(xiàn)高效率機電一體化的管理的根本，同時也是當前背景下，提升生產(chǎn)效率的關鍵模式；③實現(xiàn)節(jié)能生產(chǎn)模式。節(jié)能可以壓縮生產(chǎn)成本，深度控制原材料的損耗。同時，實現(xiàn)環(huán)保的機械制造，基于以綠色為主題的環(huán)保理念的要求，勢必能夠有效促進生產(chǎn)產(chǎn)品的銷售；④智能化?；谛畔⒓夹g對生產(chǎn)自動管理，替代人力對生產(chǎn)的干預，從而實現(xiàn)高效率的生產(chǎn)。從技術層面來看，機械制造及其自動化，當前主要采取的技術模式如下：①數(shù)字化技術。數(shù)字化同樣是以信息化為基礎，不過較比于前文所述，當前采取的技術模式還未實現(xiàn)理想化。數(shù)字化可以實現(xiàn)參數(shù)控制，從而實現(xiàn)管理的優(yōu)化；②機電一體化技術。進行集成化管理，較大程度上優(yōu)化資源，實現(xiàn)單載體多模塊的應用；③節(jié)能環(huán)保技術。該技術已經(jīng)提出便得到領域的廣泛認可，其優(yōu)勢在于通過降低能耗節(jié)約成本。而且節(jié)能環(huán)保技術是一種多環(huán)節(jié)優(yōu)化的總稱，可以作用在各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)上。

2節(jié)能設計的特點

文章所探討的節(jié)能設計，并非當前意識上的節(jié)能環(huán)保設計。但建立在其基礎上?？梢岳斫鉃闃嫿ㄒ怨?jié)能環(huán)保技術為基礎，提出新型技術模式和管理理念，最大化實現(xiàn)機械制造及其自動化的管理優(yōu)化。節(jié)能設計的特點分析如下：

2.1環(huán)保、低公害、清潔

環(huán)保是人類進入21世紀的一大議題。嚴格意義上來講，只有環(huán)保的機械生產(chǎn)，才是符合現(xiàn)代人類發(fā)展需求的模式。因此，節(jié)能設計中必須要考慮環(huán)保、低公害，并盡可能使用清潔能源，減少空氣污染等環(huán)境污染問題。事實上，機械制造的環(huán)保，主要取決于能源的使用和生產(chǎn)廢料的處理。如果能夠盡可能的使用清潔能源，如乙醇等，便會大幅度降低環(huán)境污染。而對于生產(chǎn)廢料的處理，當前較為有效的方式，無疑是實現(xiàn)材料的循環(huán)使用性。由此既保證的環(huán)境污染程度的降低，同時也能夠節(jié)約生產(chǎn)成本。

2.2使用環(huán)保型材料

環(huán)保型材料主要包括以下幾種：①材質(zhì)自身的環(huán)保，即使成為生產(chǎn)廢料，也不會對環(huán)境構成污染影響；②材質(zhì)的重復性價值較高，可以回收利用?？苫厥詹牧蠠o論環(huán)保性，還是成本控制，都有著較為明顯的優(yōu)勢；③可再生資源。事實上，大部分可再生資源大多都包含上述兩項的優(yōu)勢。不過，從其本身的資源保護和消耗、以及人類可持續(xù)發(fā)展觀的角度上來看，可再生資源的利用價值，顯然要高于不可再生資源。

2.3合理的制作工藝流程

優(yōu)化工藝流程可以：①減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低能源消耗，實現(xiàn)不可再生資源的節(jié)約；②采取工藝升級，例如鍛壓改為溫壓，從而直接實現(xiàn)節(jié)能需求；③降低原料的成本損耗，從工藝上優(yōu)化生產(chǎn)。事實上，工藝優(yōu)化是自人類生產(chǎn)加工領域出現(xiàn)以來，一直追求的完善生產(chǎn)模式。而隨著技術的不斷進步，相信工藝流程的管理將得到較大的提升和優(yōu)化。

3結束語

隨著我國機械制造與自動化的不斷提升，其自身發(fā)展及對環(huán)境的影響，也得到了越來越多的重視。而節(jié)能作為人類發(fā)展的必要途徑，在該領域不僅關系到生產(chǎn)成本的管控，也與環(huán)境保護息息相關。因此，文章從節(jié)能角度出發(fā)，探討其在該領域的具體方式方法，希望能夠借此對機械制造與自動化的發(fā)展，提供些許可行的建議。

作者:喻待紅 單位:邵陽學院

參考文獻：

[1]李思宇,侯俊吉,王鶴云.機械設計制造及其自動化中計算機技術的應用分析[J].南方農(nóng)機,2017(1):121.

篇(3)

一、經(jīng)濟增長偏好

在發(fā)達國家和發(fā)展中國家，許多學者用潛在的經(jīng)濟增長率來衡量實際經(jīng)濟增長速度的快慢。當實際的經(jīng)濟增長率接近潛在的經(jīng)濟增長率時，表明社會的生產(chǎn)潛力已被充分利用，社會已達到了充分就業(yè)狀態(tài)，經(jīng)濟處于良好的發(fā)展狀態(tài)；當實際的經(jīng)濟增長率與潛在的經(jīng)濟增長率出現(xiàn)較大缺口，閑置的社會資源增多時，則表明經(jīng)濟運行不佳，政府宜干預經(jīng)濟，促使社會資源得到有效配置。就政府干預經(jīng)濟的方式而言，主要有財政政策、貨幣政策、收入政策、產(chǎn)業(yè)政策等。在經(jīng)濟不景氣時期，通常認為政府應實行擴張性的財政政策；實行相對寬松的貨幣政策；通過收入政策調(diào)節(jié)需求結構，增大弱勢群體的收入，增加其消費需求；通過產(chǎn)業(yè)政策調(diào)節(jié)供給結構，壓縮無效供給，增加有效供給，提高中高等收入階層的消費需求。盡管經(jīng)濟自由主義的主張在20世紀80年代一度影響有所擴大，但縱觀二戰(zhàn)后世界各國的發(fā)展情況，國家干預經(jīng)濟的主張明顯占據(jù)上風，在各國的經(jīng)濟實踐中居于統(tǒng)治地位。要求實際的經(jīng)濟增長率盡可能地提高，實際經(jīng)濟增長率與潛在經(jīng)濟增長率差距盡可能縮小的經(jīng)濟主張是否很正確呢？筆者認為，上述主張具有一定的合理之處，但也具有一定的局限性，其局限性主要表現(xiàn)在以下幾個方面：其一，未充分考慮需求的科學性。就人類的需要而言，可以說其需求具有無限性，然而，可供人類利用的自然資源卻是有限的，它決定了人類的需求不可能無限擴張，而只能是有限擴張。就人類的生產(chǎn)能力而言，其能力呈現(xiàn)出由低向高轉化的趨勢，但受資源有限性的約束，人類的生產(chǎn)能力也不可能無限性的擴張，而只能是有限性的發(fā)展。從人口、資源、環(huán)境的關系而言，人口的擴張受資源和環(huán)境的約束，人類的需要受資源、環(huán)境的制約，只有將人口數(shù)量控制在合理的水平，將人類的需要盡可能地定位于科學化的目標，才會實現(xiàn)人口、資源、環(huán)境的和諧發(fā)展。因此，分析經(jīng)濟增長，不能僅看社會的生產(chǎn)潛力，不能僅看社會的生產(chǎn)能力，也要看人類的需要是否科學。當人們的社會需要普遍處于科學合理的范圍，而人類也有大量閑置的生產(chǎn)能力，而且從可持續(xù)發(fā)展視角看，資源也能支撐經(jīng)濟更快地發(fā)展，環(huán)境對更高經(jīng)濟增長速度的承載能力也較高，在這種情況下，政府可運用宏觀經(jīng)濟杠桿，促進經(jīng)濟增長速度較快增長。其二，未充分考慮資源的可持續(xù)利用。自然資源可分為可再生資源和不可再生資源。對不可再生資源，當代人宜充分考慮后代人的利益。如果當代人不充分考慮后代人的利益，對自己的需要不進行科學化定位，滿足自己的需求耗用了大量的不可再生資源，這種發(fā)展模式屬于非理性發(fā)展模式，建立在這種發(fā)展模式基礎上的發(fā)展速度就不是越快越好。在實際的經(jīng)濟增長速度與潛在的經(jīng)濟增長速度存在較大缺口的情況下，如果可再生資源閑置率較高，這時，政府應采取刺激經(jīng)濟增長的宏觀經(jīng)濟措施，促進實際的經(jīng)濟增長率盡可能接近潛在的經(jīng)濟增長率；在可再生資源已被充分利用，而不可再生的資源已耗用較多，社會生產(chǎn)設施、能力又大量剩余的情況下，我認為此時政府盡可能不運用宏觀經(jīng)濟政策刺激實際經(jīng)濟的增長，而應從可持續(xù)發(fā)展視角理性看待潛在經(jīng)濟增長率與實際經(jīng)濟增長率缺口，使實際的經(jīng)濟增長率建立在社會需求科學化和社會資源利用科學化的水平之上。其

三、未充分考慮環(huán)境的承載能力。評價人類的生活質(zhì)量不能僅看人類擁有多少物質(zhì)產(chǎn)品和服務，還必須考察環(huán)境的質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境發(fā)展的可持續(xù)性。如果社會的實際經(jīng)濟增長率與潛在經(jīng)濟增長率存在較大缺口，社會的生產(chǎn)設施、能力存在一定數(shù)量的閑置，而空氣、水的質(zhì)量嚴重降低，況且耕地沙化嚴重，沙漠不斷擴張，在這種情況下，筆者認為政府就不宜再大量運用宏觀經(jīng)濟杠桿縮小實際經(jīng)濟增長率與潛在經(jīng)濟增長率的缺口，此時就不是實際的經(jīng)濟增長速度越快越好，而應著眼于經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，著眼于全面、合理地評價生活質(zhì)量，使實際的經(jīng)濟增長速度與生態(tài)環(huán)境的承載能力相適應。

綜上所述，筆者認為，在潛在的經(jīng)濟增長率與實際的經(jīng)濟增長率出現(xiàn)較大缺口的情況下，不宜簡單強調(diào)啟動宏觀調(diào)節(jié)措施提高實際經(jīng)濟增長率，而應在社會需求科學化、資源利用科學化、生態(tài)環(huán)境與人類生存和諧化的基礎上啟動宏觀調(diào)節(jié)杠桿，使實際的經(jīng)濟增長率建立在理性化、科學化和可持續(xù)化的基礎之上。

二、出口增長偏好

理論界和決策者普遍認為，商品和服務的出口增長速度快，本國貿(mào)易順差多，對本國的經(jīng)濟發(fā)展有利，否則，對本國的經(jīng)濟發(fā)展不利。為促進本國商品和服務的出口，很多國家采取了多項措施。筆者認為，出口增長和貿(mào)易順差對一國的經(jīng)濟發(fā)展有一系列正效應，但并非全是正效應，評價出口增長與貿(mào)易順差增多的效果應視國際金融環(huán)境和各國的國內(nèi)環(huán)境決定，籠統(tǒng)地講出口增長快、貿(mào)易順差多有利于一國經(jīng)濟發(fā)展有一定的偏頗之處。

篇(4)

關鍵字：綠色環(huán)保型建筑 構想 人與自然和諧相處

一、綠色環(huán)保型建筑的重要意義：

所謂環(huán)保型建筑即：能耗低、能效高、污染少、盡可能利用可再生資源，限制和減少不可再生資源的利用,最大限度地減少對人體健康和環(huán)境的不可逆的影響.“人類生活在發(fā)展著、自然界本身在演化著”.人類活動必然引起自然界的變化，人與自然的關系是主體與客體的關系，主體既有“主動性、創(chuàng)造性、” 列寧說：“世界不會滿足人，人決心以自己的行動來改變世界”.同時，人又具有受動性．馬克思說：“人作為對象感性的存在物，是一個受動的存在物”。人在改造自然的實踐活動中表現(xiàn)出“人的能動和人的受動”.所謂人的受動性，是指作為主體的人必須要受到客觀制約．換句話說，在改造自然的實踐過程中，人并不能以純粹自我規(guī)定的活動來實現(xiàn)自己的主觀愿望，不能對人所具有的能動性濫加發(fā)揮?！澳軇有院褪軇有宰鳛橐粚γ苁窍嗷ヂ?lián)系、相互作用、相互滲透和相互促進的”。一方面，能動性以受動性作為基礎，受動性對能動性是一種制約，人在實踐過程中表現(xiàn)出來的任何一種特定的能動性都以某種特點的受動性作為依據(jù)；另一方面能動性又是受動性的主導，人通過自覺的活動來完善、發(fā)展自己、提高對受動性的認識和對受動性的控制能力。人和自然的對象性關系就是在這個統(tǒng)一中得到充分體現(xiàn)。這種人與自然作為主體與客體的辯證的相互作用推動了人類社會的發(fā)展。

在人與自然的關系中，一方面自然決定人，這是“人的自然化”另一方面，又是人決定自然，即“自然的人化”，而且兩者緊密相關。如果人的實踐目的違背了自然規(guī)律，人將會受到了自然報復。而人類活動必然引起自然的變化，并且隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大而影響加劇。人類的生產(chǎn)活動打破了生態(tài)關系的舊有平衡，形成有益于人類生存和發(fā)展的新的平衡。這是人類的進步。同時，人類通過勞動生產(chǎn)，也從根本上影響了自然，如：環(huán)境污染及能源短缺又不可避免地破壞著有序的生存環(huán)境，這是一對復雜的矛盾。我們只有在不斷發(fā)展變化的自然環(huán)境中構建自然與人的和諧關系，才能為人類創(chuàng)造出理想的綠色生存環(huán)境。

如何使人類爭取社會生活進步的一切活動，都能與自然界由此而引起的變化相適應，即在認識自然規(guī)律，利用自然規(guī)律而不違反自然界規(guī)律的前提下，使自然界的演化（特別是人類生態(tài)環(huán)境的演化）更加有利于人類社會的發(fā)展。這就是協(xié)調(diào)發(fā)展所需解決的問題。換句話說，協(xié)調(diào)發(fā)展并不是簡單地維持或恢復某種自然平衡，而是通過人的干預，或利用自然界本身的力量，使自然平衡能為人類社會的長遠發(fā)展提供經(jīng)濟利益和環(huán)境利益。

我們知道，世界上有兩類資源：一是可再生資源、如水、氧氣、樹木、生物等，它來源于地球上的自然的發(fā)展過程。另一類是不可再生資源，它的數(shù)量在地球上是固定不變的，人類對地球的影響可概括為三種形式：一是改變地球表面的結構，如：平田整地、興修水利、土地開發(fā)；二是改變自然的成份，即通過開采礦產(chǎn)、燃燒燃料，向大氣中排放有害物質(zhì)，以及高科技，如電磁波，核武器，從而改變了生物圈中所含物質(zhì)的平衡和循環(huán)；三是改變整個地區(qū)和全球的能量平衡，如大氣層的破壞。，人類的這些活動使原有的自然平衡失衡。也就是說，人類的進化，文明的發(fā)展不斷地打破著原有的自然平衡。因此，人類社會的發(fā)展，尤其是人口的增長、科技的進步、生產(chǎn)的擴大、消費水平的不斷增長將對地球自然環(huán)境產(chǎn)生不可逆的消極作用。而我們?nèi)祟愔挥幸粋€地球，人類面臨環(huán)境危機的嚴峻挑戰(zhàn)。至此聯(lián)合國于1986年提出可持續(xù)發(fā)展的概念，其基本含義是：人類社會的發(fā)展不能以損害后代人的利益而滿足當代人的利益為代價?？沙掷m(xù)發(fā)展是二十一世紀各個國家正確處理與協(xié)調(diào)人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟相互關系的共同的發(fā)展戰(zhàn)略，是人類求得自下而上發(fā)展的唯一途徑。可持續(xù)的概念，應包括：最低限度地使用不可再生資源，合理使用可再生資源，在地區(qū)和全球廢物消耗能力限度之內(nèi)行事來滿足人類的基本需要。顯然再生與不可再生資源的合理利用尤為重要。

近年來，我國城市化發(fā)展速度極快，迅速發(fā)展的工業(yè)化和城市化進程，對于我國城鄉(xiāng)人民環(huán)境系統(tǒng)的影響是多方面的，城鎮(zhèn)急劇擴充造成耕地銳減，鄉(xiāng)村工業(yè)化的無序發(fā)展，使大氣水質(zhì)產(chǎn)生嚴重污染、森林面積減少、草原退化，水荒逼近、沙塵暴侵襲及溫室效應（是一種危機生命支持系統(tǒng)的效應，直接產(chǎn)生于資源使用量的增加）。給城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境帶來了嚴重危機。因此，上述問題我們不可等閉視之。而所有這些問題之中，人口問題也是一個不容忽視的嚴峻問題，由此而帶來的環(huán)境惡化等其負面的影響也是極其嚴重的。所以人與自然和諧相處還需一個漫長的歷史階段。還需我們各界人士，尤其是我們建筑師們的共同努力就人口問題而言，其所帶來的居住需求問題也日益加劇，一方面，要為居住者創(chuàng)造出舒適的生活環(huán)境；另一方面又要節(jié)約土地等資源，這是一個勃論，所以為了解決好這一矛盾，在建筑領域中具有較低能耗和較高的能效的可持續(xù)發(fā)展的綠色環(huán)保型建筑是解決自然與人類和諧相處的途徑之一。下面來談談綠色環(huán)保型建筑的初步構想：

二、綠色環(huán)保型建筑的初步構想：

前面提到了綠色環(huán)保型建筑就是：建筑的構建盡量少地采用不可再生資源、盡可能利用可再生資源，以能耗低、能效高為目的，最大限度地減少對人體健康及環(huán)境的不可逆影響。這就要求：

首先，建筑設計人員要有環(huán)境保護的意識，要在建筑設計中充分體現(xiàn)和表達。而要充分體現(xiàn)和表達，則要求建筑師對環(huán)保型建筑有深入的理解。我們知道，經(jīng)濟發(fā)展的主要動力是新技術，這種技術一方面提供了使有限的資源危險地迅速消耗變得緩慢的可能性，而另一方面也包含著很大的危險，其中包括新的污染形式及使地球上出現(xiàn)可以改變物種進化道路的生命形式的新變種。大自然既是慷慨的，也是脆弱的。使用資源的變化速度要求我們立即去預防和阻止料想不到的后果。著名的工業(yè)革命，未能考慮環(huán)境問題，而今人們對它的巨大成就提出了疑問。過去人們認為，世界資源是無限的，而今，地球表面失去覆蓋的自然植被，其速度之驚人，使我們預想，世界的樹木砍完的情景及土地沙漠化后，土地資源不斷喪失，過度的土地開發(fā)及不完善的農(nóng)田灌溉系統(tǒng)，尤其是山區(qū)的無組織排水，造成水土流失嚴重。還有能源的過度消耗使溫室效應越來越來嚴重，以及不合理的工業(yè)建設對大氣及水資源的污染等等。因此我們的建筑師在設計時要有足夠的認識。

這就是說，建筑設計盡可能合理地利用每一寸土地，比如土地規(guī)劃時，精心做到不浪費每寸土地、在建筑密度及樓距樓層的按制上做到科學合理。有理有據(jù)。在建筑的單體設計上同樣做到合理的面積分配，戶型面積分配和戶內(nèi)面積配置。廚房與衛(wèi)生間設計盡量使人體功效發(fā)揮到最佳狀態(tài)。所謂人體功效即在功能上滿足使用要求，效率上為最大化。在建筑材料的使用上注重能源的節(jié)約，做到廢物利用，如：灰砂磚的使用，還可設想廢物垃圾在建筑材料中的再應用。如塑料、玻璃等的回收與利用。另外還有一些有機物的有效利用，象樹葉等。在室內(nèi)能源的利用上盡可能采用太陽能、風能等。在水資源的利用上可以設想一方面要節(jié)約用水，另一方面可將廢水及廢物再利用。設計可將衛(wèi)生間中的便池下水管道與洗池下水管道分設，分別以兩個系統(tǒng)排出。便池下水管道在排出室外后，經(jīng)過沉淀池沉淀后是極好的農(nóng)家肥，可供城郊附近農(nóng)田施肥作肥料之用。它既肥沃了農(nóng)田，而且，該肥料中不含洗滌劑等的化學污染物，也不象化肥對人體及土壤有害。這樣一來既減少了污染，也節(jié)約了化肥的使用，同時也節(jié)省了費用開支。我們知道，污染源和污染的成因具有復雜性和相關性，污染的影響是廣泛的、積累的、持久的，其程度遠超過我們今天所能認識的水平。農(nóng)用化學品對環(huán)境、地下水和動植物及人類危害的范圍在日益擴大。另外，要做到這一點，還需要市民們引起足夠的重視，同時也要增強宣傳力度，建立完善的制度。而且國家政策上要給予支持，短期內(nèi)投資可能會有所增加，如下水管需設兩個系統(tǒng)，而從長期來看，它將會形成一個良性循環(huán)，對可持續(xù)發(fā)展有不可忽視的意義。

再者，室內(nèi)熱水的供應現(xiàn)在已有許多實例證明，太陽能作為輔助能源，解決了生活中的熱水供應，但應用并不是很廣泛，這就要求政府給予正確的引導，初投資是高了些，但從長遠來看還是比較有利的。再就是室內(nèi)采暖將太陽能引進室內(nèi)，過去人們試驗了許多采暖房，我們覺得可進一步大膽開發(fā)，廣泛應用，盡量減少燃料供暖。在風能的使用上，尤其是象北京那樣一個必較有優(yōu)勢資源的地區(qū)，在“風”能的利用上更要重視并加以利用。在住宅設計中，我們不妨在每家每戶的屋頂設計一小型風能發(fā)電機或在屋頂設計一總風能發(fā)電機，將風力所發(fā)之電有效利用，減少熱力點的需求和供應。這樣既有效地利用了可再生資源，同時，產(chǎn)生了效益而節(jié)約了電能。節(jié)約了電能就意味著節(jié)約了不可再生資源，因為電能有水利熱力電能之分。如果是熱力電能，此種做法意義更為重大。

除此之外，就是在建筑材料的使用上，設法將塑料、樹葉經(jīng)過一定的高技術處理后可作為裝飾材料或防護材料。試想，我們每天每戶的垃圾中又有多少污染環(huán)境的塑料產(chǎn)品呢？如果一旦被有效利用，變廢為寶，既解決了環(huán)境污染問題，也節(jié)約了不可再生資源的利用。樹葉的利用價值更有意義，在北方每到秋天時，到處落葉紛紛，如將每一片樹葉加以充分利用，其價值將不可估量，它經(jīng)過科學加工，使用到建筑材料上，使可再生資源得以充分利用。此外，還可鼓勵人類多種樹，使資源、環(huán)境良性循環(huán)。這樣以來還可為人類創(chuàng)造出一個良好的綠色空間環(huán)境。近年來爬壁植物在不少地方得到重視，如北京醫(yī)科大學口腔醫(yī)院門診大樓爬壁植物效果非常好，在夏季，它既美化了環(huán)境，又降低了室內(nèi)溫度，同時也降低了空調(diào)的使用周期，減少了不可再生資源的利用。

還有，要設計和建設綠色環(huán)保型建筑，除了以上建構外，還需重塑市民的價值觀與道德觀，取得市民的認同與理解，在人與自然的協(xié)調(diào)中重塑人、追求的是人的存在與自然的存在的相互支撐與共同優(yōu)化；強化的是人對自然應負的責任；實現(xiàn)的是人對自然的重訪與鑒賞。人越是統(tǒng)治自然，自然反過來愈加統(tǒng)治人；人越是優(yōu)化自己的生命存在，就越是走向愿望的反面；人對自然界索取越多，自然對人的報復就愈深；人在物質(zhì)生活中越舒適，在精神生活中就越痛苦。在重塑人對自然的關系方面人類在認識上必須承認自然萬物存在的權利和價值，正確看待人在整個自然界中所處的地位，合理把握人的生命存在與萬物存在的連帶關系。在人對自然界中地位與責任的重塑方面也標志著人對自然的尊重與鑒賞，重建人的自然的家園也是克服人的危機的重要途徑，在物質(zhì)與精神的和諧中重塑人，必須突出人在社會發(fā)展中的核心地位、社會發(fā)展的價值目標應當使經(jīng)濟發(fā)展與科學文化、思想道德和社會教育的發(fā)展保持恰當?shù)钠ヅ潢P系，使精神文化的事業(yè)體現(xiàn)理想性與現(xiàn)實性，高層次與通俗化的關系，重建人的精神家園?？梢姡朔说纳钪匚C取決于對人的重新塑造，人的重新塑造必須體現(xiàn)人與自然的協(xié)調(diào)關系，物質(zhì)與精神的和諧。為可持續(xù)發(fā)展及環(huán)保型建筑的啟動立德，我們必須建構一種能夠與可持續(xù)發(fā)展特征和要求相適應的新型的道德文化體系，對傳統(tǒng)道德文化作出批判性的繼承和創(chuàng)造性的轉化，從而建設持續(xù)而美麗的精神和物質(zhì)家園。

另外，綠色環(huán)保性建筑一方面要有建筑設計思想的革命，另一方面就是國家法律法規(guī)政策的支持與保障。在宏觀政策環(huán)境和相應的制度調(diào)整上，徹底放棄扭曲自然自源的不可用盡性，要求政府一方面要盡快推進市場機制的建立，以使反映資源短缺程度的市場價格的誘導機制能夠充分發(fā)揮作用，從而提高自然環(huán)境自源的利用效率；另一方面也要求政府運用經(jīng)濟的、法律的、技術的以及適當?shù)男姓侄芜M行環(huán)境產(chǎn)權的界定，從而使環(huán)境得以保護和改善，使可持續(xù)發(fā)展制度化、法制化。

另外，經(jīng)濟要有所保障。經(jīng)濟的支持對可持續(xù)發(fā)展——即環(huán)保型建筑有其重要意義。如果沒有經(jīng)濟的支持，可再生資源的利用需要有科學的技術與方法進行再加工，這就需要資金的保障。還有在能源的利用上，如風能、太陽能還需一定的研究支持資金及投入相應的試產(chǎn)品資金和符合利用風能及太陽能利用的設施及產(chǎn)品，這些都需要資金的有效保障，所以政府要給予支持與鼓勵。

三、只有綠色環(huán)保型建筑才會有可持續(xù)發(fā)展

由此可見，綠色環(huán)保型建筑是一個符合可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑。是人類與自然和協(xié)相處的產(chǎn)物，環(huán)保建筑是人類文明的標志，是人類保護自己的懶以生存環(huán)境的明智的選擇?？茖W是哲學發(fā)展的基礎和動力、哲學給科學發(fā)展以根本方法，哲學與科學相互作用。而這種相互作用使人類意識在不斷變化發(fā)展者。所以我們生活在一種運動，流動的過程中。變化著的認識造成了生活的變化，變化著的生活也造成了認識者意識的變化。困此，我們每一位建筑師，在做建筑設計時，都要有明確的指導思想。也就是說：要有意識地保護人居環(huán)境，創(chuàng)造良好的居住環(huán)境。在設計方法上力求做到自然與人的協(xié)調(diào)，為共同的發(fā)展創(chuàng)造出優(yōu)美和諧的綠色家園。

篇(5)

關鍵詞：綠色建筑；暖通空調(diào)設計

中圖分類號：TS958 文獻標識碼： A

一、綠色建筑暖通空調(diào)設計需遵循的原則

1、節(jié)省原則

節(jié)省原則的意義在于對材料和能源的節(jié)約以及利用。當然節(jié)省原則并不只是針對空調(diào)個別部件的節(jié)省，同樣也要在最初的生產(chǎn)過程中對原材料進行節(jié)省以及降低材料的運行成本，而其中更是關系到暖通空調(diào)中的制冷系統(tǒng)、水泵、風機等諸多通風系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)。

2、回用原則

正如字面的意思，再次回用暖通空調(diào)完好或可修復的整體或局部部件。獨立的各個部件實現(xiàn)了暖通空調(diào)的可拆卸性。如果暖通空調(diào)在使用過程中出現(xiàn)非運轉系統(tǒng)的單獨部件故障，則可以通過自行拆卸，并對其進行清洗和修理，便于再次回用。

3、廣回收原則

廣泛的對暖通空調(diào)的整體或零部件和材料進行回收，但要區(qū)別于回用原則，廣泛的回收不是用于再利用，而且，雖然是廣泛的回收，但并非是籠統(tǒng)的大規(guī)模堆放回收，而是分門別類，有條理系統(tǒng)的對暖通空調(diào)的零件和材料予以回收。

4、循環(huán)原則

循環(huán)原則是在廣回收之后再進行加工后循環(huán)再生。對報廢的材料進行循環(huán)再利用，逐漸形成良性的原材料到廢料再加工成新原材料循環(huán)。但其中也有一些成本過高或者沒有再回收價值的材料，例如玻璃鋼、巖棉等諸多材料，這時在綠色建筑中暖通空調(diào)的設計一定要合理的控制其用量，避免不可循環(huán)材料的浪費。

二、綠色建筑中暖通空調(diào)設計要點分析

1、合理制定設計方案，確保其可行性

暖通空調(diào)設計應該考慮方案的可行性和可靠性，從而使設計方案更好地滿足使用要求。設計方案需要符合相關的法律法規(guī)，同時，也要考慮周邊的配套設施，比如供電、供氣和供水等方面是否能滿足設計方案要求，并考慮這些配套設施變化后是否還能滿足設計要求。對于溫濕度等參數(shù)要求較高或比較特殊的工藝性暖通空調(diào)設計項目，應對設計方案進行全年工況分析，以確保暖通空調(diào)可適應全年各種室外氣象條件；對于無法采用標準設備的情況，應對非標準設備提出詳細的參數(shù)要求，且要求必須合理、可行。

2、合理使用綠色環(huán)保材料

在暖通設計中，注重使用綠色材料，多選用可回收利用和可以重復使用的保溫材料以及管材。盡量做到在滿足建筑需要的同時，減少材料對居住者的不良影響，避免使用不節(jié)能的環(huán)保材料，嚴格把關材料的選擇，杜絕使用對人體有害的材料，禁止使用Halons以及HCFCs，需要制冷時盡量少去使用CFCS制冷劑。綜合利用綠色環(huán)保的材料，也是綠色建筑技術缺之不可的。而考慮到降低成本，建議本地取材，取近舍遠，也能夠大大降低材料運輸?shù)倪^程中對環(huán)境造成的影響，推動當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展的同時還減少了業(yè)主的負擔【2】。

3、再生能源的應用

常規(guī)的能源通常價格較可再生能源要高，且不環(huán)保。作為現(xiàn)代綠色建筑技術之一的可再生能源技術是綠色建筑消耗的首選，以降低對常規(guī)能源的損耗。因此，運用可再生能源滿足暖通系統(tǒng)的高能耗是現(xiàn)在暖通設計中不可或缺的技術。考慮到可再生資源的使用，在建筑進行暖通設計的時候，要注意權衡可再生資源分擔暖通系統(tǒng)的部分作用并維持暖通系統(tǒng)的正常運行。暖通在空氣調(diào)節(jié)、通風以及采暖這三個方面。采暖相對來說對能源的要求較高，如何利用可再生資源降低供暖的能耗，做到良好的輔助供暖設備呢？在中國泰州的民俗文化中心，就是一個很好的例子。文化中心采用土壤源熱泵技術作為冬季的熱源，很好的發(fā)掘了當?shù)氐牡責豳Y源優(yōu)勢。土壤源熱泵利用地球表面淺層地熱資源進行能量轉換，采暖空調(diào)熱量可以達到24000kwh/年，且可以承擔百分之百的負荷。而在夏天則是從土壤提取冷量轉到建筑內(nèi)進行供冷的同時還可以進行熱能儲備供冬季使用，反之亦然。在暖通設計之中高效率的應用可再生資源，既環(huán)保節(jié)能也節(jié)約成本。

4、以保護環(huán)境為建筑核心

綠色建筑意在把綠色生命賦予建筑，使建筑富有生機富有活力，使建筑和環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)緊密聯(lián)系在一起，保證良好的室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)即室內(nèi)生態(tài)環(huán)境是綠色建筑作為建筑目的的主要內(nèi)涵。因此暖通空調(diào)專業(yè)人員在建筑的綠色化進程中是不可或缺的力量，將綠色建筑技術應用于其中，是現(xiàn)代社會在暖通設計上的趨勢。綠色建筑技術追求建筑的環(huán)境友好性，暖通設計追求建筑居住者和使用者的舒適性，要將兩者協(xié)調(diào)的統(tǒng)籌在一起就需要將綠色建筑技術手段科學的、合理的置于暖通設計中，進行考慮和分析，以尋求最佳方案，從而同時達到兩者的目標。

5、資源的節(jié)約與利用

自然能源利用已在綠色建筑設計中被廣泛關注，燃料電池和太陽能電池已開始在工程中應用。近年來，相關最低消耗標準又在原基礎上提出再節(jié)能的要求，這個要求中所指的能源就包括了空調(diào)、熱水、照明以及暖通系統(tǒng)中涉及到的相關能源，可再生能源利用技術是現(xiàn)代綠色建筑技術之一，也是其主要的組成部分。常規(guī)能源一方面價格較高，另一方面存在著環(huán)保上的不足。因此綠色建筑關注使用可再生能源作為建筑消耗之用以減少對常規(guī)能源的使用，太陽輻射設計的基本思想是使日光、熱、空氣僅在有益時進人建筑，其目的是控制陽光和空氣于恰當?shù)臅r間進入建筑，以及儲存和分配熱空氣和冷空氣以備需要。另外空氣源熱泵、污水源熱泵、太陽能制冷也是不可忽視的綠色措施但是這些系統(tǒng)并非適合于每個工程，必須根據(jù)工程實際特點加以權衡、比較在條件允許的前提下方可采用。

三、加強綠色建筑暖通設計的具體措施

篇(6)

關鍵詞：生態(tài)設計 歸流河 環(huán)境評估 開發(fā)策略

中圖分類號： S611 文獻標識碼： A

1 引言

城市河道，曾是我們賴以生存的命脈，也是經(jīng)濟和文化繁榮的根本。然而隨著工業(yè)技術的發(fā)展，河道逐漸失去其防御、運輸?shù)裙δ?，直至淪為藏污納垢之所，嚴重影響到城市的發(fā)展。近年來，全國各地興起景觀建設的熱潮，作為改善城市人居環(huán)境的重要舉措之一，治理“母親河”被列入各級市政府的奮斗目標。

烏蘭浩特市歸流河位于市區(qū)西側，河道基本保持自然形態(tài)。河道兩側叢林豐富，植被多樣，自然形態(tài)完善，是很好的自然景觀。不過由于多年來未能納入統(tǒng)一劃管理，設施醫(yī)乏，交通不便，建設無序。

2 生態(tài)設計原理

俞孔堅教授以Sim Van der Ryn 和Stusrt Cowan(1996)提出的生態(tài)設計原理為框架，結合John Lyle等提出的人類生態(tài)系統(tǒng)設計和再生設計原理，并進一步結合目前國際景觀和城市設計的動態(tài)，系統(tǒng)地闡述了景觀及城市生態(tài)設計的幾條基本原理。

2.1地方性

也就是說，設計應根植于所在的地方.對于任何一個設計問題，設計師首先應該考慮的問題是，我們在什么地方？自然允許我們做什么？自然又能幫助我們做什么？這一原理可從以下幾個方面來理解：

2.1.1 尊重傳統(tǒng)文化和鄉(xiāng)土知識

當?shù)厝说慕?jīng)驗，他們依賴于其生活的環(huán)境獲得日常生活的一切需要，包括水、食物、庇護、能源、藥物以及精神寄托。其生活空間中的一草一木，一水一石都是有含意的，是被賦予神靈的。就如本案例，烏蘭浩特市是一座擁有厚重歷史傳承著中國革命紅色文化的城市，它以“紅色城市”聞名遐邇。它還是一座有著豐富文化（以蒙元文化為首）底蘊的城市。對于深入挖掘蒙元文化內(nèi)涵，弘揚民族文化精神，推動歷史文化與現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)相結合，也將起到重大的作用。在設計中必須尊重、認識這些文化，才能被當?shù)厝嗣裾J可，才是真正成功的設計。

2.1.2 當?shù)夭牧?/p>

鄉(xiāng)土植物和建材的使用，是設計生態(tài)化的一個重要方面。鄉(xiāng)土物種不但最適宜于在當?shù)厣L，管理和維護成本最少，還因為鄉(xiāng)土物種的消失以成為當代最主要的環(huán)境問題。所以保護和利用鄉(xiāng)土物種也是時代對景觀設計師的倫理要求。

2.2 保護與節(jié)約自然資本

地球上的自然資源分可再生資源(如水、森林、動物)和不可再生資源(如石油，煤)。要實現(xiàn)人類生存環(huán)境的可持續(xù)，必須對不可再生資源加以保護和節(jié)約使用。即使是可再生資源，其再生能力也是有限的，因此對它們的使用也需要采用保本取息的方式而不應該是殺雞取卵的方式。因此，對于自然生態(tài)系統(tǒng)的物流和能流，生態(tài)設計強調(diào)的解決之道有四條：

第一、保護。保護不可再生資源，作為自然遺產(chǎn)，不在萬不得已，不予以使用。

第二、減量。盡可能減少包括能源、土地、水、生物資源的使用，提高使用效率。

第三、再用。利用廢棄的土地，原有材料，包括植被、土壤、磚石等服務于新的功能，可以大大節(jié)約資源和能源的耗費。

第四、再生。在自然系統(tǒng)中，物質(zhì)和能量流動是一個由“源―消費中心―匯”構成的、頭未相接的閉合環(huán)循環(huán)流，因此，大自然沒有廢物。

3 歸流河概況及SWOT分析

3.1 歸流河概況

歸流系蒙古語，意為山杏。屬嫩江水系，兒河支流。發(fā)源于大興安嶺西麓寶格達山，全長218公里，流域面積9706平方公里，在興安盟烏蘭浩特市境內(nèi)匯入挑兒河，年平均流量為每秒13立方米。

3.2 SWOT分析

3.2.1 Strengths（優(yōu)勢）

現(xiàn)狀自然生態(tài)環(huán)境良好，水系完整，水質(zhì)良好；具有良好的濕地與林木景觀，對于生態(tài)環(huán)境及氣候有良好的調(diào)節(jié)作用；自然文化底蘊深厚，地區(qū)文化特征明顯（蒙元文化和紅色革命文化），易于塑造特色人文景觀；當?shù)鼐哂蟹N類豐富的動植物資源及優(yōu)良的民俗風情。

3.2.2 Waknesses(劣勢)

水量隨季節(jié)性變化較強，且存在旱澇歷史；基地位于新區(qū)，周邊地區(qū)擬定或正在開發(fā)難以依照現(xiàn)狀發(fā)展統(tǒng)一整合景觀；缺少完整河流旱澇等歷史資料。

3.2.3 Opportunities(機會)

結合控制性詳細規(guī)劃及良好定位，易于快速提升土地及景觀價值品位；實現(xiàn)人文景觀與自然生態(tài)景觀的統(tǒng)一和諧規(guī)劃；可作為引導性景觀規(guī)劃帶動新區(qū)形象塑造，提升價值品味，并最終帶動經(jīng)濟效益的創(chuàng)造。

3.2.4 Threats(威脅)

開發(fā)量及開發(fā)時序的控制；現(xiàn)狀具體林地保護的程度及保護可控制限度；當?shù)刈匀粭l件對生態(tài)景觀可行性的影響和氣候條件及河流水位的多變性。

4 歸流河環(huán)境評估及相應開發(fā)策略

4.1 林業(yè)及野生動物現(xiàn)況

4.1.1 現(xiàn)狀評估分析

烏蘭浩特市林業(yè)資源豐富，有林地面積1.1萬公頃，活立木蓄積量35.5萬立方米，林木覆蓋率41％。林區(qū)和山區(qū)多產(chǎn)木耳、蘑菇、猴頭、南菜等多種經(jīng)濟價值較高的山珍，有沙參、黨參、桔梗、防風等多種中草藥材。

4.1.2 相應開發(fā)策略

順應生態(tài)可持續(xù)和對于生態(tài)本地系統(tǒng)的保護，對于現(xiàn)狀林地完全予以保護。并適當擴大林區(qū)覆蓋范圍，實現(xiàn)生態(tài)主導原則。

4.2 濕地及自然岸線現(xiàn)況

4.2.1 現(xiàn)狀評估分析

濕地是地球上具有多種獨特功能的生態(tài)系統(tǒng)，它不僅為人類提供大量食物、原料和水資源，而且在維持生態(tài)平衡、保持生物多樣性和珍稀物種資源以及涵養(yǎng)水源、蓄洪防旱、降解污染調(diào)節(jié)氣侯、補

充地下水、控制土壤侵蝕等方面均起到重要作用。濕地是地球上有著多功能的、富有生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)，是人類最重要的生存環(huán)境之一。

4.2.2 相應開發(fā)策略

保留原有部分濕地內(nèi)植被，并對濕地環(huán)境進行整治和范圍擴充，創(chuàng)造適宜的濕地生態(tài)島。

4.3 自然岸線處理

4.3.1 現(xiàn)狀評估分析

現(xiàn)狀水流環(huán)境婉蜒曲折多變，缺少片面水域，難以滿足整體景觀水域的要求，且現(xiàn)狀水流存在較多季節(jié)性斷流。河道由幾米至幾十米寬大小不等?？紤]到旱期的斷流以及洪水汛期，防洪堤壩內(nèi)有被淹沒的可能。

4.3.2 相應開發(fā)策略

對于自然景觀岸線的河斷面設計采取分層次、分等級的設計手法，在10年一遇的洪水范圍內(nèi)多以種植植物為主，適當?shù)卦O計一些親水平臺；在20年一遇的洪水范圍內(nèi)可以適當?shù)刈鲆恍┖唵蔚臉嬛锞坝^，以不影響整體河流的生態(tài)性為前提；在50年一遇的洪水范圍內(nèi)可設有部分景觀建筑；在100年一遇的洪水范圍內(nèi)則可以設計一些使用年限久遠的景觀構筑物或建筑。對于河道岸線保留地段，做親水式處理，不變更河道斷面形式；對于結合橡膠壩處理的水域處理方面，建議配合濕地典型斷面形式，擴大水流面域，塑造片域河流景觀。

5 總結及下一步建議

通過合理的規(guī)劃和技術研究為專案提供大量所需的咨詢。在過往的研究中提供了有關專案基地以及歸流河流域的有限的咨詢，但是下一步還需要搜集更多的新資料與新咨詢。

參考文獻：

1 余玉龍，汪捷敏. 解析現(xiàn)代城市河道的生態(tài)景觀設計. 中國水運,2008(8):39-40

2 俞孔堅，劉東云，劉玉杰. 河流再生設計――浙江黃巖永寧公園生態(tài)設計. 中國園林, 2005(5):1-7

3 俞孔堅. 綠色景觀：景觀的生態(tài)化設計原理與案例. 建設科技, 2006(7):28-31

篇(7)

[關鍵詞]太陽能；光伏發(fā)電技術；應用；前景

中圖分類號：TM615 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）18-0149-01

隨著社會的不斷發(fā)展，對于能源的需求也在不斷增大。但資源的匱乏、能源的緊缺以及生態(tài)問題的日益突出成為目前最大的問題，引起了全世界的關注和擔憂。此時人們認識到可持續(xù)發(fā)展的重要性，并開始關注資源的有效利用和管理。太陽能資源是一種干凈、無污染、分布廣泛的一種可再生資源，符合了當前環(huán)保節(jié)約的生產(chǎn)要求，逐漸被人們所認可和采用，并成為公認的理想化替代性能源之一。人們在太陽能研究基礎上研究了光伏發(fā)電，實現(xiàn)了從太陽能到電能的有效轉變，這對于人類生活來說具有重大意義。如果對于太陽能加大研究和探索，用它來代替石油、煤炭等不可再生資源將是全人類的福音。

一、太陽能光伏發(fā)電技術的原理

太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是由光伏電池板、控制器和電能儲存及變換環(huán)節(jié)構成的。這種新型的發(fā)電體系中太陽能電池起著調(diào)節(jié)轉換的作用，也被稱為光伏電池，太陽能電池之所以能夠產(chǎn)生電源其主要的原因是光生伏特效應導致的。當太陽光線或其他一些光源照在這種特殊性能的電池上的時候，它會將全部的光線吸收到體內(nèi)，從而形成光生電子―空穴對。光生電子和空穴在里面經(jīng)過一些特殊的化學反應以后會出現(xiàn)相互離散的現(xiàn)象，異號電荷會不斷地積累然后集中分布在兩頭，所謂的“光生電壓”也就產(chǎn)生了，這就是太陽能發(fā)電的原理“光生伏特效應”[1]。要是把電極內(nèi)部的兩極進行導出處理，然后和負載連接在一起，“光生電流”就會從負載流出，在這種情況下就會引起功率的流失。可以無限獲取的太陽的能量就能轉換成我們?nèi)粘Ｉ钜约吧a(chǎn)所需的源源不斷的能量了。

經(jīng)過長時間仔細研究與分析我們總結出了這一偉大的轉換工作之所以能夠順利完成的基本原理：①當電池板吸收了足夠的太陽光線的時候，在其內(nèi)部就會形成電子―空穴對產(chǎn)生，也就是所謂的“光生負載電子”，它們的主要區(qū)別就是電性是相反的，空穴帶正電，電子帶負電；②在半導體節(jié)中生成的具有特殊性的電場在化學反應的影響之下會將光生電流的兩種性能卻別開來[2]；③太陽能電池的正、負極分別收集光生載流子和空穴，在這種情況下電路中就會有電流出現(xiàn)，我們?nèi)粘Ｉ钌a(chǎn)活動所需的電量就會出現(xiàn)。

二、太陽能光伏發(fā)電技術的具體應用

2.1 獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的建立

獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)由于不與公共電網(wǎng)相連接，因此其建設地點一般選在與電網(wǎng)隔離的偏遠地區(qū)，比如海島、移動通訊站及邊防哨所等。儲能元件是獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)中不可缺少的，這是由于太陽能發(fā)電一般選擇在白天，然而負荷用電是全天24h實施，這就需要在光伏系統(tǒng)中設置必要的儲能元件。在氣象環(huán)境影響下，其供電可靠性很難得到保障，然而對于偏遠無電地區(qū)而言這一系統(tǒng)的建立已然產(chǎn)生十分重要的社會價值。

2.2 光伏建筑一體化應用

關于光伏建筑的一體化應用主要表現(xiàn)為兩個方面：通過在建筑物屋頂安裝光伏器件的方式實現(xiàn)電網(wǎng)與光伏陣列的并聯(lián)，進而構成光伏建筑一體化系統(tǒng)；通過建筑和光伏器件集成化的方式于屋頂位置設置光伏電池板，利用光伏玻璃幕墻替代原有幕墻，提高墻面積屋頂?shù)奶柲芪樟浚@就同時實現(xiàn)了建材功能與發(fā)電功能，是對光伏發(fā)電成本的有效控制。與此同時，在墻體外飾材料研究方面也出現(xiàn)了全新的彩色光伏模塊，這在充分利用太陽能光伏發(fā)電原理的同時也使得建筑物外觀更具美學欣賞價值。

2.3 混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)的構建

所謂的混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)是將多種發(fā)電方式相互融合并應用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的過程，混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)的構建旨在發(fā)揮不同發(fā)電模式的技術優(yōu)勢，揚長避短，從而更加有效地提高電能的利用率。例如光伏發(fā)電經(jīng)常會受到天氣狀況的影響，在冬季風力較大地區(qū)，就可通過光伏發(fā)電和風力發(fā)電的混合模式，盡可能減少天氣變化對發(fā)電系統(tǒng)的影響，進而達到控制負載發(fā)電率的目的。

2.4 光伏發(fā)電在LED照明中的應用

作為半導體材料制作而成的組件，LED 與光伏發(fā)電的結合可實現(xiàn)電能至光能的轉化。這一半導體照明技術不僅有著環(huán)保、節(jié)能、高效的技術優(yōu)勢，并且照明周期較長，且易于維護。光伏發(fā)電在LED照明系統(tǒng)中的應用突出了光生伏特效應的技術原理，通過太陽能電池實現(xiàn)對太陽能至電能的轉化，再借助LED照明系統(tǒng)將其轉化為最終的光能。由于 LED 照明和光伏發(fā)電技術同是直流電，因此轉化過程并不需要借助變頻器，這明顯提高了整個過程的執(zhí)行效率。除此之外，在可充放蓄電池的輔助下，光伏發(fā)電在 LED照明中的技術優(yōu)勢必將更加突出。

三、太陽能光伏發(fā)電應用普及障礙及發(fā)展趨勢

3.1 我們都知道太陽能屬于一種綠色資源，而且隨著科學技術的發(fā)展我國利用太陽能技術滿足生活生產(chǎn)所需的技術水平也在不斷提高，但是在這種新型的發(fā)電系統(tǒng)中還是存在各種不足之處需要我們進行調(diào)整和完善，主要表現(xiàn)在：使用策略、環(huán)保型和社會需求等，這些因素都在某一些程度上影響了這種新型發(fā)電體系的普及，另外，由于太陽能發(fā)電成本太高；制作所需的材料還是銷售所需的市場都不再本土市場中，產(chǎn)業(yè)與市場倒掛現(xiàn)象嚴重；太陽能光伏產(chǎn)業(yè)投資出現(xiàn)的潮涌現(xiàn)象，這些都在很大程度上制約著太陽能光伏發(fā)電應用的普及。

3.2 發(fā)展趨勢與發(fā)達國家相比，我國太陽能光伏發(fā)電還有很多需要完善的地方，需要政府及相關部門予以政策和資金上的支持，以保證新能源和可再生能源得以良好地發(fā)展。目前，我國政府對新能源和可再生能源的發(fā)展給予了高度重視，面對化石能源的枯竭，大量化石能源對環(huán)境的影響逐漸加劇，國家起草了可再生能源開發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃，為我國新能源以及可再生能源的長期發(fā)展制定了指導方針。在規(guī)劃當中，對于新能源的利用效率提出了要求，其中發(fā)電總容量達到了6000萬kW，太陽能光伏發(fā)電達到45萬k W。未來我國太陽能光伏發(fā)電的總量將逐漸提升，覆蓋的范圍也將更為廣泛，成為我國電業(yè)行業(yè)發(fā)展的主要能動力。相信通過各方面的協(xié)調(diào)配合以及努力，我國的太陽能光伏發(fā)電技術將向著更快、更好的方向發(fā)展。

參考文獻：