新能源与第四次产业革命

地球生物的发展史，同时也是光合作用的历史。本书从地质学、古生物学、古气候学等多个领域探索了大气中CO2与植被互为消长的规律及其所产生的聚煤期与贫煤期的周期性；从光合作用机理、基因工程学的角度出发，研究了未来大气CO2浓度快速增加的情况下，生物增长的速度、规模满足人类能源发展所需的可能性与可行性；从能源农业、生物质能源应用技术、物质能源在不同条件下的经济性等角度，展望了生物质能源最终全面替代化石能源并全面引领第四次产业革命的机遇、方法、趋势。在此基础上，本书收集整理了迄今为止包括转基因产品在内的生物能源新品种、新成果、新案例，对地球植物大规模发展与生物质能源成为人类基础能源所引发的第四次产业革命及其对人类生态经济、文化、社会形态的影响做出了预测。

邓彤，中共党员，高级经济师、注册安全工程师，中国人民大学工商管理学院工商管理专业硕士研究生。曾先后在山西省焦炭集团所属的益达化工股份有限公司、龙源（介休）园区焦化有限公司担任董事长兼党委书记，现任山西省焦炭集团党委委员、副总经理、总工程师。从事焦化及相关行业工作三十多年，专注于技术经济、信息技术及新能源技术研究等多个领域，在《煤化工》、《经济师》等学术刊物发表论文多篇，主持参与省部级科技项目若干。

第1部分能源、环境与产业革命 1能源与产业革命 11能源转型是产业革命的动力 111能源转型的定义、分期及标志 112产业革命的定义、特征及分期 113能源转型是产业革命的动力 12能源与经济发展 121能源消费与经济发展作用机理 122能源转型与国际经济关系 123能源价格与经济发展 124中国经济发展和能源消耗的特点 13能源更替与人类生活需求 131人类能源发展阶段回溯 132产业革命依次满足不断升级的人类需求 133现阶段能源结构存在诸多问题 2能源与环境 21CO2、植物发展与气候变化 211CO2在大气圈、生物圈的转化 212CO2与温室效应 213CO2浓度与地球植物的发展 214从地球历史的角度看今天的气候变化 22人类或有能力调节大气圈、生物圈的碳平衡 221岩石圈、生物圈、大气圈的碳总量及循环模式 222人类必须在地球碳循环的过程中找到一个新的平衡点 223重视化石能源的清洁使用，赢得绿色能源发展的时间与空间 224人类有能力调控大气中的碳平衡并不断优化人类生存环境 23生物质能源主导人类能源需求 231生物工程与大气碳含量的增加决定了生物质能源必将替代化石能源 232光合速率与最佳CO2含量 233绿色地球与人类生存环境的根本改善 24只要太阳依然存在，地球能源就永不枯竭 241太阳与地球的太阳能 242光合作用是收集、储存、应用太阳能的最佳途径 243化石能源是地球历史上太阳能的储备 第2部分化石能源的保障能力及经济寿命 3传统化石能源的保障能力评估 31传统化石能源完全满足中国能源过渡期的充分使用 311中国传统化石能源的资源储量及分布特征 312中国传统化石能源的可使用年限分析 32传统化石能源的开发现状及经济寿命分析 321煤炭开采技术相对成熟，油气开发技术要求越来越高 322传统化石能源的相对开采成本逐年升高 33传统化石能源的保障体系正面临挑战 331开发难度加大，供给能力偏弱 332以煤炭消费为主，环境压力加大 333人类化石能源规模化使用尚有空间与时间，是堵还是疏 334新能源快速崛起 4中国潜在化石能源的发展潜力评估 41非常规天然气快速发展 411非常规天然气资源的潜力可观 412非常规天然气的开采技术发展迅速 413产业政策不断完善，我国对非常规天然气的重视度显著提升 42煤炭地下气化的前景良好 421煤炭地下气化原理 422国内外产业研究进展 423煤炭地下气化能效及经济性 424煤炭地下气化市场前景 43新型煤化工技术发展对煤炭应用的优化 431新型煤化工发展历程 432新型煤化工产业现状 433新型煤化工发展趋势 44油页岩等潜在资源的开发和应用 441潜在资源产业现状 442潜在资源发展趋势 第3部分碳环境推动下的生物质能源 5能源植物 51生物质能源的成分 52能源植物的分类 521生产燃料乙醇的能源植物 522生产燃料油的能源植物 523木质纤维素能源植物 524水生藻类生物质能源 53生物质能源的特点 54决定生物质能源未来的关键——CO2、阳光和降水 541CO2 542阳光 543降水 544一个新的适宜植物生长的环境正在形成 6生物工程技术发展对生物质能源应用的关键作用 61基因工程技术发展与光合作用效率的提高 611通过改变C3与C4植物的基因提高光合作用效率 612通过延缓叶片衰老提高光合作用效率 613通过提高氮同化效率提高光合作用效率 614通过修饰植株株型提高光合作用效率 615通过提高水分利用率提高光合作用效率 62转基因生物质能源原料的改良与发展 621转基因技术对淀粉和糖类作物的改良 622转基因技术对纤维素类植物的改良 623转基因技术对油脂类能源植物的改良 624转基因技术对藻类能源植物的改良 63生物工程技术领域的研发与投资 631国际重要战略与政策规划 632国际重大科技进展与趋势 633对我国的启示与发展建议 7未来50～100年生物质资源分布情景分析 71碳环境的改善与碳平衡的过程分析 72生物工程及生物总量的培育与成长过程 73新型气候与碳环境下植物光合作用效率与生长速度评估 731现有环境条件下的再生能力评估 732CO2增加一倍时，在上述基础上的生物质的增长规模 733在新的碳环境下现有沙漠与戈壁的绿化前景及再生能力 734未来生物质可再生能力评估 74新型气候与碳环境下生物质生长的空间与规模 741现有森林可利用生物质经济评价 742芒属植物替代草原经济规模 743部分草原升级为森林的经济规模 744灌木升级为乔木的经济规模 745森林换代与林木品种升级的经济规模 8生物质能源应用技术现状与应用工程示范 81生物质液化技术——液体燃料 811燃料乙醇 812生物柴油 813生物质热解油 814巴西的生物质液体燃料产业 82生物质制沼气 821欧洲沼气工程技术现状 822我国沼气工程技术现状 823持续高速发展的德国沼气工业 83生物质发电 831全球生物质发电产业进展 832生物质发电技术现状及示范工程 833我国燃煤耦合生物质发电技术应用情况 84生物质固化成型——颗粒燃料 85生物质气化 9其他可再生能源与清洁能源是新能源结构体系的有益补充 91太阳能利用现状及前景分析 911太阳能利用的主要影响因素 912太阳能应用前景分析 92风能利用现状及前景分析 921风能利用的主要影响因素 922风能利用前景分析 93地热能利用现状及前景分析 931地热能利用的主要影响因素 932地热能应用前景分析 94海洋能利用现状及前景分析 941海洋能利用的主要影响因素 942海洋能应用前景分析 95核能利用现状及前景分析 951核能利用的主要影响因素 952核能应用前景分析 96氢能利用现状及前景分析 961氢能利用的主要影响因素 962氢能应用前景分析 102019年启示录 101CO2排放量再创新高，减排措施远水不解近渴 102多地突破高温纪录，全球变暖不断加速 103冰盖崩塌加速，海平面上升不可逆转 104全球绿地面积快速增加，森林覆盖面积增长 105高纬度地区湿度增加，年降雨量成倍增长 106沙漠面积快速退化，生物多样性再创生机 107粮食产量再创纪录，全球潜在可耕种面积不断增加 108生物燃料产量进一步增长，生产成本不断降低 109植物生长速度明显加快，吸碳及储碳功能不断增加 第4部分新能源应用与发展的技术保障 11储能技术在新能源领域大有可为 111储能技术是分布式能源体系建立的关键 112储能技术应用现状及进展 1121机械类储能 1122电气类储能 1123电化学类储能 1124热储能 1125化学类储能 113不同储能技术适用性比较 114储能技术前景展望 12分布式能源系统已经萌芽 121分布式能源发展现状 1211分布式能源供应在发达国家迅猛发展 1212我国分布式能源发展滞后 122分布式能源对储能的要求 1221并网运行的一般要求 1222独立运行的一般要求 1223特殊要求 123分布式能源发展趋势展望 13互联网与去中心化的能源格局 131互联网的发展阶段分析及趋势展望 1311发展阶段分析 1312趋势展望 132区块链技术的应用 1321区块链技术发展现状及未来展望 1322区块链技术在能源格局中的应用 1323区块链在能源方面的应用处于初级阶段 133一个新的多元化能源保障系统的建立 1331可再生能源比重正在不断提高 1332能源区块链技术已经在快速发展 1333新的能源保障系统正在形成 第5部分生物质能源将全面推动第四次产业革命 14生物质将全面破解能源困境 141化石能源继续利用的瓶颈 142可再生能源的局限性 1421太阳能 1422风能 1423潮汐能 1424地热能 143生物质能源替代化石能源的必然性 1431生物质能具有禀赋优势 1432生物质的增长潜力极大 1433生物质能源将全面破解能源困境 144生物质及其能源体系将全面推动第四次产业革命 15农业革命与社会财富的再分配 151基因工程推动下的生物质能源 1511转基因作物已经带来农业产品的20年快速增长 1512生物质能源是基因工程未来发展的主要领域 1513气候变暖，CO2和水分增加，生物质能源体量增加巨大 1514未来十年全球生物质能源产量将翻番 152生物质能源产业化即将来临 1521快速发展中的能源农业 1522生物质能源种植园 1523新技术与规模化为生物质能源产业带来了契机 153向沙漠进军 1531沙漠气候的改善与灌溉技术的普及 1532沙漠生物品种的研发与普及 1533沙漠生物质能源的经济性与商业推广 1534生物质能源在沙漠领域的无限前景 154农业重新回归第一大经济产业地位 1541高科技指导下的新型农业 1542规模化与自动化 1543现代农业、循环经济推动生物质能产业发展 1544最大社会财富的生产者和拥有者 16水利与灌溉工程将成为最大的基础产业 161重新定义水利与灌溉工程 162转基因产品与碳环境的改善将使水利工程获得巨大的经济效益 1621生物技术将使相同耗水量下的生物质生产量成倍提高 1622近30年来碳增长已使陆地植物增长迅速 163新型节水灌溉技术对单位水资源应用效率与经济性的影响 1631现代节水灌溉技术与传统渠灌应用效率比较 1632现代节水灌溉技术与传统渠灌技术经济性比较 164水利工程将成为最大的基础产业 1641水利工程将由目前的公益行为转化为盈利性的商业工程 1642水力与灌溉工程建设将成为最大的基础产业 17新能源与新型工业体系的建立 171能源体系的变革 1711电力供应与保障体系 1712生物燃料替代化石燃料 1713能源技术的变革 172化工与原材料 173生物质建筑材料与应用 1731木质建筑材料 1732竹藤建筑材料 1733秸秆建筑材料 174新的工业体系的建立 175逆城市化与就业变革 1751逆城市化 1752就业变革 18中国将全面引领第四次产业革命 181生物质能源产业将在中国快速发展 1811中国是碳排放总量最大和绿化面积增长最快的国家 1812丰富有效的土地资源为生物质能源产业发展提供了物质基础 1813巨大的农业人口红利与就地产业化 1814现有产业布局有利于生物质能源产业的发展 1815生物质能源技术需要政策大力倾斜 182互联网等新技术体系将全面推动生物质能源产业的发展 1821人工智能 1822新一代通信技术 1823量子通信 1824能源替代 183巨大的产业与市场优势 1831巨大的市场与阶梯化发展 1832中国是当今世界上内生创新活力最大的国家 1833中国具备发达国家没有的发展新能源的市场优势 1834中国具备走向新能源创新的低成本优势 184中国将全面引领第四次产业革命 1841第四次产业革命迫在眉睫 1842中国是第四次产业革命条件最充分的经济体 1843中国将全面引领第四次产业革命