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第1章 太空船地球上的人类生态学1

1.1 引言1

1.1.1 定律（1）1

1.1.2 定律（2）4

1.1.3 定律（3）5

1.1.4 能源寻求的哲学问题6

1.2 人类生态学的发展7

1.2.1 人类历史上的主要时代7

1.2.3 增长的极限8

1.2.2 生物圈：“太空船地球”8

1.3 小结10

参考文献11

第2章 能源的寻求过程12

2.1 历史背景12

2.2 工业化国家的特征14

2.2.1 充足能量流14

2.2.2 不可再生能源和可再生能源16

2.3 指数增长动力学17

2.3.1 线性增长17

2.3.3 倍增时间18

2.3.2 指数增长18

2.3.4 指数增长情况19

2.3.5 通过回归分析计算增长率21

2.4 当前能耗的增长22

2.4.1 能耗趋势22

2.4.2 能量密度24

2.4.3 能量密度规划24

2.4.4 未来一次能源消耗规划25

2.5 小结26

参考文献26

3.1 历史背景27

第3章 化石燃料时代27

3.1.1 从1990年开始美国的化石燃料消耗28

3.2 化石燃料29

3.2.1 煤29

3.2.2 煤热值30

3.2.3 原油30

3.2.4 天然气31

3.3 美国到2025年的能耗预测31

3.4 化石燃料还能维持多久33

3.4.1 化石燃料储量的估计34

3.4.2 McKelvey图表34

3.4.4 逻辑产量曲线法37

3.4.3 有限资源的产量37

3.5 发电用化石燃料需求的增长40

3.6 小结42

参考文献43

第4章 能源的可持续性44

4.1 可持续经济发展44

4.1.1 可持续能源发展的指示器45

4.1.2 可持续能源供应45

4.2 电能需求的可持续性45

4.2.2 大陆超导电网46

4.2.1 电子生活方式46

4.2.3 氢燃料时代47

4.3 可持续能源中的天然气48

4.3.1 石化用途的天然气49

4.3.2 美国天然气消耗增长49

4.3.3 到2025年的天然气消耗预测50

4.3.4 天然气的供应和储量52

4.4 天然气在发电中的份额53

4.5 作为能源的天然气的可持续性55

4.6 非化石能源57

4.6.1 可替代（非化石）能源燃料使用的增长57

4.7 小结58

4.6.2 非化石燃料供应预测58

参考文献59

第5章 能源消耗对环境的影响60

5.1 历史背景60

5.2 环境影响因素60

5.2.1 数量和严重性的关系61

5.2.2 环境威胁的后果61

5.2.3 数量和严重性分析的假定例子62

5.3 温室效应传奇64

5.3.1 传奇的成分65

5.4 汽车尾气的局部空气污染73

5.4.2 光化烟雾中的氮氧化物75

5.4.1 烟雾的环境影响75

5.4.3 氮氧化物的数量－严重性问题76

5.5 运输业的空气质量改进值76

5.6 洛杉矶空气区域的一些数据78

5.7 小结78

参考文献79

第6章 核能时代80

6.1 历史背景80

6.2 核科学的基本元素81

6.2.1 原子核81

6.2.2 同位素组成和丰度81

6.2.4 质量与能量的等价82

6.2.3 原子质量82

6.2.5 键能83

6.2.6 核稳定性84

6.2.7 放射性衰变的类型85

6.2.8 放射性核素的性质86

6.3 核动力的基本元素87

6.3.1 核裂变88

6.3.2 铀燃料中的可利用能量88

6.3.3 核能反应堆89

6.3.4 轻水铀燃料环链92

6.3.6 核安全93

6.3.5 Ⅳ代核反应堆93

6.3.7 核废料94

6.4 地球上的奥克劳自然核反应堆95

6.5 热核聚变96

6.6 小结97

参考文献97

第7章 可再生能源资源98

7.1 可再生能源98

7.1.1 可再生能源的种类98

7.1.2 可再生能源的消耗99

7.2 水力发电能100

7.3.1 太阳常数103

7.3 太阳能103

7.3.2 太阳能“储备”104

7.3.3 太阳能发电105

7.4 风能109

7.4.1 风能功率109

7.4.2 风力涡轮机的转换效率111

7.4.3 风能资源113

7.4.4 风能发电的成本估计113

7.5 生物质能115

7.5.1 太阳生物质资源115

7.5.2 生物质转化过程116

7.6.1 潮汐能118

7.5.3 生物能燃料的环境因素118

7.6 其他可再生能源资源118

7.6.2 地热能119

7.7 小结121

参考文献121

第8章 能量载体——氢123

8.1 历史背景123

8.1.1 氢的物理性质123

8.1.2 氢的化学性质124

8.2 氢能和电能作为平行的能量载体125

8.1.3 氢的热力学125

8.2.1 使用氢的理由126

8.2.2 氢的竞相使用127

8.3 氢能燃料环链127

8.3.1 氢能的制备127

8.3.2 氢能的存储135

8.3.3 氢的分布137

8.3.4 氢燃料的综合利用138

8.3.5 氢燃料的成本因素141

8.4 小结141

参考文献143

9.1.1 氢能在航空中的应用145

9.1.2 氢能在船舶技术上的应用145

第9章 运输设备中的燃料——氢145

9.1 历史背景145

9.2 运输车辆中的氢燃料电池146

9.2.1 燃料电池应该是什么146

9.2.2 微量热力学148

9.2.3 氢气作为运输燃料的原因149

9.2.4 氢燃料汽车的应用类型151

9.3 氢燃料电池车151

9.3.1 燃料电池可供选择燃料的特征153

9.3.3 天然气作为运输燃料154

9.3.2 甲醇燃料电池154

9.4 还需要什么155

9.5 小结156

参考文献157

第10章 氢燃料时代158

10.1 时代背景158

10.2 空气质量提高的潜能158

10.2.1 排放标准158

10.2.2 影响机动车排放物的因子160

10.2.3 加利福尼亚州排放物标准的历史161

10.3.1 对三个城市氢能空气质量研究模型的发展162

10.3 受益于氢能燃料运输的健康建模162

10.3.2 东京市的空气质量研究165

10.4 氢燃料对电能的需求168

10.4.1 基于已有数据推算2010年的运输燃料169

10.4.2 氢能燃料和电能的需求增长：2010—2050年171

10.5 一种可持续能量供应的未来前景174

10.5.1 能量资源的潜在分布174

10.5.2 解决僵局的可能性176

10.6 结束语177

10.7 小结177

参考文献178