可再生资源的好处范文
时间：2023-12-15 17:54:18
导语：如何才能写好一篇可再生资源的好处，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
随着适用性研究和开发的进展，人们可以发现许多经济上可行的方案来满足整个地球的需求。该"设想"确定了方向和相应的规划，采取措施建立利用植物系统中能源和碳源的可再生资源基础。面临的挑战是严重的，但机遇也是难以衡量的。人类可以适应变化，但必须接受所面临的挑战。序言中从两方面进一步阐明“设想”提出的背景：
1、界定植物/农作物基资源
植物/农作物基(有时用生物基bio-based)资源是指来自于一定范围的植物系统，主要是农作物、林产品和食品、饲料和纤维工业加工过程中的副产物。它们可以通过一年生的作物和树种，多年生植物和短期轮作树种等途径在一个较短的时间内再生。石油化学品原本也是以植物为基础，其基本分子为烃类。植物/农作物基可再生资源当前所用的大量基本分子是碳水化合物、木质素和植物油。也有一些量少高值的分子是来自二级植物新陈代谢。另一个主要区别是烃类及其提取系统已经开发并加工处理其所需要的原料型产品，而植物基可再生资源在某些程度上虽然也被认定，但某种植物会含有某种资源，加工后会留下什么，尚未完全搞清。
最近生物技术进展可以改变植物成分和酶提取系统，这就为现在需要的化学产品和新型中间人体及产品制造提供了新的经济机遇。据统计，美国的森林、耕地、牧场等面积约22.46亿英亩(1英亩=0.405公顷，下同)，其中主要农作物的种植面积有4.24亿英亩，可以生产大量植物/农作物基资源。过去50年，这类资源的重点主要是面向食物、饲料和纤维生产。
2、烃类经济
20世纪后期，世界经济发展很快，生产增长率有很大提高，尤其是各发达国家，一些发展中国家也不断增长。成功的增长和发展过程中起主要作用的是烃类经济。自20年代以来，矿物化石燃料的采取和利用提供了人们当前所享受的经济效益和生活水准。许多国家都依靠这种资源来满足能源和原材料的需要。
在过去50年中，大量的研究开发在能源生产和基础产品制造方面创造了许多可以大量增值的工艺过程。市场经济明显地受人们提高生活水准的意愿所驱动，以创造各种产品。生物基资源的(主要是用植物基)用量很小。据统计，在能源方面少于1%，在原材料方面亦低于5%。美国1996年玉米、黄豆和小米等生产用作食品和饲料量约为6900亿磅(1磅=0.4536公斤，下同)。由此从经济角度看还不能赶上工业原料，而以烃类为基础的经济却繁荣昌盛。
烃类虽然将继续起到非常有效的经济发展平台作用，但是在其未来应用中却有若干问题有待解决。首先是对石油化学产品的应用环境问题日益受到关注，随着又产生了许多相关的问题。化石燃料是一类正在减少的原料资源。应用植物/农作物基资源作为一种补充，由于它们是可再生的，所以为经济有序地向可持续发展转变创造了机会。
通过对能源状态的审视就可看到可再生资源作为一种补充的必要性。烃类资源有限，许多专家提出世界可采和探明储量，如按现在消费水平计算只能提供50-100年，此处的一个重要假设是“现在消费水平”是保持不变，但是从全世界人口增长和生活水准变化来考虑，此假设是不合理的。当前世界上按人口平均的能源消费水平差距很大，详见表1，许多发展中国家都将增加能源消费。未来的能源供应问题是多方面的，因为发展中国家人口众多。例如，中国按人口平均能源消费相当于美国水平的1/3，其需要增加的能量数量约相当于美国现在全年能源使用总量。
表1当前按人口平均能源消费水平kwh/人美国法国日本巴西泰国中国
122007500700015001200900
一些有效利用烃类的开发将有助于需要增长问题的解决，但是对烃类找到补充资源是完全必要的，只有如此才能保持可持续发展的工业基础。
新技术开发和应用需要时间。石油化学工业本身的发展就是一个事例。1920年烃类原材料经济并不像今天这样具有吸引力，过了50年，开始适应化石燃料状况的工艺。因此，要使植物/农作物基系统达到同样现代化水平也需要时间。
当前正是开展大量研究开发工作、利用各种可再生资源和各种新工艺、并开始在各种可供选择的途径中提出选择标准的时候。现在进行研究并不意味系统要立即改变，但是，烃类经济的经济学未来将出现问题：要支付高额环境费用，或是由于原料缺少而价格上扬。
投资适用性研究可以在未来能源和原材料间进行相关的比较，提供非常需要的选择。在中期至长期，选择植物/农作物基可再生资源可能是要兼顾环境方面容许和经济方面具有吸引力。而在近期，研究和开发可能只在一些领域内进行，使植物/农作物可再生资源能开始进入基本化学原料市场，从而扩大资源基础，延长有价值的化石燃料储备的应用寿命。
在上述背景环境下，通过研究讨论，提出了2020年开发利用植物/农作物可再生资源的设想的目标；“设想”是要通过植物/农作物基可再生资源的开发来提供经济继续发展、生活的健康标准和强大的国家安全。植物/农作物基可再生资源可以改变当前对日益减少的非再生资源的依赖。
本“设想”的内涵重点是建立新的观念，即植物基资源是越来越重要的工业原料资源。非再生资源可能因经济和环境因素逐步被植物基再生资源所取代，“设想”反对等到危机发生时现开始启动替代。
展望2020年，化石燃料可能仍将占90%，增加植物基可再生资源并不是可有可无的，它对满足未来的需求非常迫切。当然，需要有效地加工和利用这些植物衍生原料。其新途径的研究从现在就要开始，为经济发展有足够的时间，保证解决环境而进行良好的合作。
要取得有成效的进展，应当确定以下的方向性目标：
1、2020年化学基础产品中至少有10%来自植物的可再生资源原料，到2050年提高到50%。
2、建立植物基(农作物，林产，加工业)系统，用有效的转化加工工艺生产可再生原料，为2020年选中的产品提供经济合理、对环境瓜敏感的制造平台。用此生产链来示范一个综合的植物/农作物基原料系统的经济合理性和潜在效益，显示工业应用机遇的新领域，为2020年以后国内和出口的需求做出贡献。
3、在工业投资者、植物商、生产者、学术界和各级政府之间建立合作伙伴关系，开发从小范围到大规模的工业应用，重新激活农村经济，改进增值加工和制造链的集成，消除食品、饲料和纤维加工业与基础材料制造业之间的差别。
“设想”中提出，科研与开发方面要制定有详细目的和要求的相应计划，支持上述方向性目标的实现，从而也可取得投资的优势。
植物/农作物基资源利用现状和前景
一、现状
烃类提供人类能源和衣着。塑料、油料、油漆、染料、药品等基础原料，已经成为现代生活的主要依靠。1970-1990年间石油基的塑料增加了4倍，已经逐步代替了玻璃、金属甚至纸张。植物/农作物基资源目前尚未有效利用，主要是因为可用性差、质量不高、供应不稳或是价格高。要推动和提高植物/农作物可再生资源应用的兴趣，需要从以下几个方面来分析。
1、实用性
尽管消费总量不高，但是植物基原料当前在化学品方面应用面很广，如用于油漆、粘合剂及剂等。黄豆是植物袖的传统原料，随着基因工程进展，可以生产满足特殊剂市场需要的专门油。最近，可用黄豆衍生物制造油墨，在乙醇、山梨醇、纤维素、拧槽酸、天然橡胶、多数氨基酸以及各种蛋白质等化学品生产中，植物基资源是主要原料，详见表2。
表2、美国植物基资源用量万t/a类别用量用途
木材8090纸，纸板，木质素纤维复合材料
工业淀粉300粘合剂，聚合物，树脂
植物油100表面活性剂，油墨，油漆，树脂
天然橡胶100轮胎，家用品
木材提取物90油料，胶
纤维素50纺织纤维，聚合物
木质素20粘合剂，丹宁，vanillin
在多数情况下，应用的植物基材料主要是原始状态分子。如木质素纤维、植物油和橡胶等复杂分子的应用也只有有限的改性。这就与石油化学工业构成明显的反差，石油化工则是用化学方法按需要将烃类裂解成几种简单分子，如甲烷、丙烯等。用这些基础原料进行化学合成，制造所需要的复杂的分子。
在少数情况下，植物/农作物原料进行裂解成为不同的基础分子，例如高果糖的玉米生产糖浆和玉米淀粉发酵生产燃料乙醇。1996年美国用211亿磅(1磅=0.4536公斤，下同)玉米采用新型酶发酵方法生产9亿加仑(1加仑=4.546l,下同)乙醇，从而加工为90亿加仑混合汽油。从许多实例看，植物基原料有一定实用性，虽还未生产像药物那样的高度专业化的分子，但却包括了大量生产的中间体及产品。
2、供应及质量
植物系统地区分布广，由于土壤和气候条件不同，导致供应和质量的差异。森林和农业系统的发展已经缩小了天然野生植物的供应差异。
生物质的总产量虽然很大，但是由于没有经济的转化技术而使其应用受限制。一些新进展如快速裂解提供了从中获得低分子量产品的机会，如果能在分离技术上进一步创新，就可以推动此应用。生物质资源可以来自快速增长木材、田边作物以及其他专门培植的植物物种。另一潜在的生物质资源是当前为食用和饲料种植的农作物，如玉米、黄豆、小麦和高梁等。一般情况下这些作物只应用其产量的一半。此4种作物估计每英亩(1英亩=0.405公顷,下同)约有2600磅(以干物质计,下同)遗留在田地中，总计约有5200亿磅。一部分留在耕地以改良土壤结构，但大部分运出去，作为原料应用。因此要求有适当的、成本低的储运系统和加工技术。
供应方面的主要问题是对原始生产的管理。当前，树木可作木材和纸浆，种植农作物只是为食品、饲料和纤维加工，没有在综合利用上进行优化。对植物/农作物投入的成本评价基础是未经优化的植物生产系统，因此经济性不佳。一些边际土地的利用可以扩大植物基可再生资源原料基地。但是从经济上比较，其很难达到经济可行目标。在估算其经济回报时，要考虑化肥、农药等化学品的使用费用。要增加可再生资源来源，除了要提高边际土地利用率外，主要应是如何对良田建立优化种植生产系统。
当前低投入、低产出的植物生产对农民难以盈利，并不利于农村发展，也不能为加工业提供低价原料。但是在产出方面，数量和质量相差甚大，从此系统得到的产品必然价格较高，严重地限制了经济上的可行性。而且，由于低产出生产就需要更多的土地，其对环境的单位影响常常大于更为强化、密集的系统。因此要优化生产系统，同时改善边际土地的利用。此外利用生产率高的土地作为植物/农作物可再生资源的原料基地，这也有利于解决数量和质量上的波动变化。
农村根据市场需求规划种植计划，如根据乙醇市场还是植物油供需情况，做出种玉米还是种黄豆的选择，其次则要进行第2轮对品种的选择，作乙醇则要种高淀粉含量的玉米品种，如要种饲料，则种含高油量玉米更佳。这些选择都对产出经济效益有很大影响。面对“设想”需要扩大食品或饲料、饲料或原料、油料或淀粉、纤维或糖、药品或聚合物等等选择范围。要根据供应或需求来决策，就需要进一步仔细研究有关课题。
3、植物/农作物基原料成本
利用植物/农作物基可再生资源主要是成本问题，它与烃类相比是不经济的。工业生产要求大量的便宜原料。植物原料价格便宜，如果能开发适当的系统将极具竞争能力。利用植物/农作物基原料生产化学品的成本比较，详见表3。
表3、植物/农作物基化学品生产成本类别生产量万吨通常方法美元/1b植物衍生美元/1b植物衍生占总产量%
糠醛300.750.7897.0
粘合剂5001.651.4040.0
脂肪酸2500.460.3340.0
表面活性剂3500.450.4535.0
醋酸2300.330.3517.5
增塑剂801.502.5015.0
炭黑1500.500.4512.0
洗涤剂12601.101.7511.0
颜料15502.005.806.0
染料45012.0021.006.0
墙涂料7800.501.203.5
油墨3502.002.503.5
专用涂料2400.801.752.0
塑料30000.502.001.8
实际上,在制造业中选用不同的化学加工工艺对其成本影响很大。
植物/农作物基可再生资源不是一种替代性资源,而是为工业原料提供的补充资源。成本问题并非只限于原料,而且与加工过程有关，因此要进一步开发新的化学和生物加工工艺，才能扩大植物基可再生资源应用范围，使之成为经济可行系统。
二、前景
由于植物/农作物基可再生资源的来源不同，每种来源的原料又可以利用不同的加工工艺，构成了一种多维的发展前景。本“设想”运用矩阵分析方法进行探讨。不同投人的植物原料，可以运用不同的加工系统，并取得各种不同的开发效果。
1、废料和副产物利用
从当前看，利用机会多，但需要有新的加工技术才能使其成为更重要的资源。
(1)现代化学
森林工业已经将副产物利用发展成为一个较大的行业，如纸浆副产液转化为磺酸木质素表面活性剂ch3soch3以及用树皮制丹宁。农作物的磨榨工业开发了许多应用副产物进行加工的工艺，如从燕麦制糠醒、淀粉粘合剂、专用棉籽油、从湿磨料生产拧蒙酸盐和氨基酸等。但是，许多食品加工业，如蔬菜和水果却没有开发相应的副产利用加工工艺，经常将副产淀粉和糖排放入周围环境。副产物的利用具有许多发展机遇，提取及销售其所含的有效成分是降低主产物成本的手段，而且从战略上看是扩大利用植物基资源。
(2)改进化学
木本植物和有些农作物加工中有较高的木质纤维素含量和一些碳水化合物，如烃类工业一样，可以将复杂分子转变为较小分子技术。便宜的植物衍生发酵制糖的开发已在进行。用金属有机物化学将碳水化合物转变为增值化学品是扩大利用植物基原料的又一技术途径。改进化学方法具有潜力，可以使植物衍生的废料加工利用提高经济回报率。
(3)生物加工
在比较复杂的料浆中用微生物发酵法生产某种分子，再将其分离出来成为需要的产物。生物转化是应用微生物、细胞或不含细胞的酶系统的一步法工艺，它提供了改进废物料和副产物利用机会，随着分离技术的提高，生物加工工艺可以获得更为广泛的应用。
(4)新分子
在此方面似乎不太重要，从废料中生产新分子不是一条最佳途径。
2、现有农作物
从近期看扩大应用具有最佳机会。
(1)现代化学
从化学工业整体看，并没有|认为植物衍生材料具有较高的经济价值，但是具体|问题要具体分析。石油化工利用烃类而不用碳水化合物和其他生物基分子。
(2)改进化学
如果植物衍生原料是结构型的生物质，含有木质素和纤维素等成分，其具有一定优势。一些新技术，如综合燃烧或金属有机化学等都能提供更好地利用此类资源的机会。除林产资源外，约有5200亿磅的生物质资源目前尚未加以利用。改变加工工艺路线可以提高利用现有资源的效益。新的工艺开发可以提供利用糖和淀粉的机会。植物淀粉有不同来源，如水稻、土豆、玉米和小麦，它们的性质、用途都不同，因此需要改进其化学方法，发挥其潜能。新化学工艺与生物加工及先进的分离技术综合起来可产生很大效益。
(3)生物加工工艺
植物作为生物加工原料量大而多样，从结构型生物质到一些专门的植物组分，在生物加工方面潜在优势很大：用酶转换玉米衍生的葡萄糖生产高果糖的玉米糖浆。最近从玉米葡萄糖经过发酵制琥珀酸也取得成功。琥珀酸盐可以用作制一些化学产品如丁二醇、四氢呋喃，这些中间体又可进一步加工制成许多种产品。当前，用10亿磅这种原料可得到价值13亿美元产品，现在正在中试。多种学科进行合作就可取得良好的效果，这是短期内取得成效的一种良好运行模式。
(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专用酶，可产生新分子。此工作目前只在很小的市场中进行。当市场对具有特殊性能的新产品需求增加，投入产出可能会促使其发展，技术和经济的综合研究要沿着产品开发链进行，从界定所需要的产品——需要的特性——分子结构——中间体——酶技术——蛋白质/基因工程——投入植物的最佳原料——生产优化等。
3、新鲜农作物
此项作为中期发展机遇。
(l)现代化学
因为化学工业一般不认为农作物的利用能获得较高的经济价值，因此新鲜农作物并无吸引力。过去曾认为可以降低成本，但是实际上的技术限制否定了其经济性。
(2)改进化学
从投入产出看，存在类似问题，如果改进的化学工艺需要专门的农作物，-新鲜农作物可能会有优势。另一优势是在物流方面。按照改进工艺实施和运作规模，所需原料只能就近供应新鲜农作物。因此改进工艺应当与供应系统平行进行才能互相支持共同发展。植物作为原料补充资源时，困难在于许多烃类加工装置不位于农作物和森林种植地区，而植物基原料运输费用很高。
(3)生物加工工艺
与改性化学类似,区别在于如何将原料加工成中间体和最终产品。在技术上要考虑农作物品种的适用性，一种生物工艺可以对多种品种进行加工。优化工艺是影响运作经济很重要的因素。
4、改性基因类植物
这是中长期发展机遇，其可提供的成效目前尚难以想像，今后是否出现碳水化合物经济，或是其他经济，这要看建立在生物工程基础上的新工业平台所能发挥的作用。
(1)现代化学
基因改性植物基原料可能成为现有的烃类加工系统原料。但是，改性植物分子在烃类系统中降解所花代价太高。因此投入技术要能跨越加工技术，或者是较复杂的分子能直接得到并进入制造链，再有是新工艺路线能高效地应用此改性原料。当然这些变革都要从经济和环境两方面来评价其效益。
(2)改性化学
对优化植物/农作物基原料投入和加工有好处，应当进行此方面研究。至于何时见效则要根据基因技术进展及其达到工业化时间来确定。
(3)生物加工工艺
微生物或酶进行基因改变达到强化工艺过程目的。生物工程具有长期潜力，在原料投入和生物技术本身之间创优，有时所需要的可作基础原料的分子可以部分在植物原料内进行合成，用生物转化或高度专门化的生物/化学工艺进行分离。为了继续应用化石燃料生产专门产品，需要进行研究开发，使有限资源能取得最大的价值。
(4)新分子
过去20年中，塑料已成为最大的工业部门，在日常生活中代替了玻璃、陶瓷、木材和金属。市场将会根据消费者的意愿和需求发生变化。材料科学将继续发展，市场销售者将继续设计新的消费品，塑料的未来变化难以预料。能作为新工业发展平台基础的新分子将会很多，物理与化学科学与生物工程材料结合将产生新的领域。植物基可再生资源将是未来的主要资源。新陈代谢工程是将丰富资源制造成所需基础原料的渠道，支持社会基础设施。开发和拓宽其可能性，需要先进的技术，这将是未来新领域。
生物技术的潜在影响及实施“设想”的工作途径
生物技术的潜在影响
对一个新的技术领域进行评价，可以从如下几个方面来分析：近来变化的速度和引入的速度、量度及其带来利益的水平及公共公司投资、评价专利活动和有关协会的活动、观察开发进程、审视所取得的成功进展。
90年代初期，许多人对生物技术将对农作物带来很大变化是持怀疑态度的。到1996年，转基因作物在产业化方面取得成功，明确地澄清了这个问题。这些早期的成效是关于新的作物保护途径，对保护植物生产免受病虫害起了重要作用，对进一步了解和掌握如何改进植物组分也很重要。
由于管理方面的需要，转基因大田试验记录由美国动物和植物健康监测服务中心保存。从记录中可以看到一些行之有效的转基因改变植物组分的工作正在进行之中，试验范围也在不断扩大，一些主要的公司如杜邦、孟山都和pioneerhi-bred等都在进行。
为了改变植物组分以提高营养价值，改善加工性能，或是为了某些工业和制药的应用，一些转基因改性品种已经进行了评价，包括碳水化合物的变革、油和脂肪酸改性、提高氨基酸水平、蛋白质形态操作(typemonipulation)、纤维特性改性、产生抗体、工业酶生产、二级化合物操作(甾醇，earotenoids等)、新型聚合物生产。
转基因技术发展非常迅速，为植物基材料扩大应用开辟了新的途径，使其可以为工业生产提供分子基础原料和更为复杂的分子原料。用植物基原料主产聚合物，制造塑料就是一个成功事例。从a1-coligenenentrophus细菌的3种基因已经能转入植物的1ipid合成中，可以得到polyhydroxybutyrate(聚羟基丁酸酯)，浓度可达14%。这种生物可降解的热塑性塑料正在进一步开发，使之可以从黄豆、棉花和油菜籽制备。
在过去50年内，通常用的植物培植产率已经提高了3倍，根据农作物满足食物、饲料和纤维不同用途，选择不同的方法得到具有不同特性的产物。高级植物种植要用基因图谱和转基因技术，进一步提高食物和饲料生产需要供应的植物基原料。
生物技术对植物基原料已经产生革命性的影响。但是，用生物技术来改变植物，使之适合烃类经济需要，并不是一条最佳途径。这就需要进一步弄清什么是工业链需要的因素，而这些因素又是能在未来转基因植物基可再生资源中具有最大的优势。
实施“设想”的工作途径
要成功实施美国可再生资源开发利用的战略设想(以下简称“设想”)中所提出的大纲，需要将研究、开发、工业过程工程以及对未来的市场了解等项工作有效地集成起来。适应“设想”的多学科计划以及各个项目的协作都要求有一共同的目标，向前沿技术迈进。应用改进的化学工艺加工现有的农作物，包括集成运用生物工艺，可以纳入短期计划之内，从当前到今后10年可以着手实施。这是研究中的一个热点。另一个热点是观念上的飞跃，超越当前的烃类化学，结合基因改性植物，运用新的工艺，这可以纳人中长期计划中，在10到20年甚至更长时期内实施并产生影响。上述两个热点都是当前在研究中进行投资，在不同期限内可以取得回报。
如果在这些领域内取得成功，在工业应用上就可以有了一个可行的坚实科学基础。新鲜作物应用开发将被看作是一个降低这些系统成本的一种机制，或是改善供应状况(数量和质量)，满足工业发展需要。
当审视植物基可再生资源的前景时，可以看到供应链本身包含着许多重大课题。不同物种发展有各自的地理优势，可以形成专门原料的加工中心，包括进入国内和国外两个市场。对转基因作物的鉴别保护机制仍在变化，植物基可再生资源上的这些系统都需要进一步研究。
本“设想”并非要给各种问题以答案，而是指出未来潜在的可能，在各方面采取一定的步骤就可以使其实现。下一阶段就要进行各方的协调工作，使多方面的投资者能有一个投入的基础，针对“设想”提出的目标进行开发工作。该规划要订出各项目计划，通过研究和开发来支持“设想”中提出的方向性指标。各计划项目要符合下列一个或几个方面的要求。
优化生物质和农作物基原料生产，达到计划应用要求状况。
为植物基原料的供应链提出装置、地点、贮运和分销措施，包括加强农村经济的机制。
加速发展基于改性化学和生物工艺的新工艺，同时考虑利用植物/农作物基可再生资源原料。
对多类投资者支持的项目，对上述三个方面中一个或一个以上将产生影响的项目，或是多学科项目等将给以优先和优惠待遇。投资项目选择标准应考虑时间要求和潜在影响的大小来确定。
植物/农作物基可再生资源对工业基础原产的需求增长是一个战略性措施，也是使美国在21世纪继续保持领先地位的战略性选择。开发基础资源具有经济、环境和社会方面的好处。机遇是明确的，考虑未来的设想是需要的，要联合投资者对新途径进行投资，才能创造一个安全的未来。
“设想”文本中不止一处引用达尔文的名言“能够幸存下来的物种，不是最强的，也不是最聪明的，而是能适应变化的”。
2020年可再生资源应用将增加五倍
《植物/农作物基可再生资源2020年设想实施的技术指南》(以下简称“技术指南”)，是《植物/农作物基可再生资源2020年设想》(以下简称“设想”)的补充，提出的目的是：支持“设想”方向，确定发展中的主要障碍和问题，确定优先的研究领域。
要达到上述目的需要进行协调观念开发，收集专家证明，组织多学科研讨会、听证会，优势排队试验和团队行动计划等多项工作。在“技术指南”编制过程中吸收了各方面人士的意见，参加研讨的共有66名有关部门不同行业的专家。专家们就全球性问题提出“设想”，针对“设想”结合现实状况提出存在的主要障碍与问题，再确定研究与开发领域，从而找出优先研究开发的课题。这些课题所属领域都是能为利用可再生资源实现可持续发展起最大杠杆作用的研究领域。通过参加“技术指南”研究和编制的专家的专业情况反映出在化工制造中应用生物基原料需要涉及多门学科。但是有3个产业是中心，即化学、生物和农业，每个产业都涉及几门不同的学科，如农业，林业和石油化学。
1、农业和林业
农业：是一个广泛的概念，包括谷物生产、林地和牧场等。这些土地上生产的农产品和林产品一起构成生物基材料，它们通过太阳能，大气中的co2和土壤中养分进行原始生产而成为可再生资源。美国拥有大量优良土地，丰富的自然水资源和先进的技术基础，通过资源保护和利用，每年可产生可再生资源的巨大财富。林业：在美国有超过6.5亿英亩（1英亩=4046.24平方米）的森林，从业人口140万，每年生产价值2000亿美元产品。过去10年内，纸张部门的增长比木材业快。木材和纸产品回收循环利用率高，每年有约4000万t纸再生利用。美国的林业已经制定出2020年发展设想以及相应的研究计划。该设想呼吁进行研究，用先进的生物和遥感技术以及树木生理学和土壤科学等理论。
农业和林业通过应用基因学技术和转基因植物等新手段将会出现大的跃进。在不久的将来，可生产出大数量和高质量的作物。除了饲料和食品，还可以为工业部门提供原材料。而且还可以引入某些酶标记基因，可能会在植物体内制造完全新型的聚合物，并可大量生产，成为经济的消费用品。
美国将技术进展应用于植物和农作物的调整，使其在农业、林业和制造业中保持可持续发展的领先地位起着主要作用。国家的未来明显地要依靠近期开发可再生资源基础的研究来支持。
2、石油化工业
化学、工程学、物理学和地理学等几门学科在石油化学工业中的应用，对人们生活产生的影响是50年前难以想像的。石油化学工业成功地创造了众多产品，从高性能的喷气发动机燃料到基础化学品以及许多聚合物，如聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚偏氯乙烯和聚碳酸酯等。
石油化学工业：是资本密集型工业，已经建立了可观的基础设施来处理和加工化石燃料。美国每天要用1390万桶烃类原料，多数是作为燃料型产品，用于化工及其他工业基础原料生产，每天约为260万桶油短类原料。
近年来，工业化学品和塑料生产都有巨大的增长。塑料工业从业人员120万人，有20000套生产加工装置，过去在研究开发上花费以10亿美元数计的投资，才获得了今日成就。如果塑料制品的原料没有可再生资源，迟早有一天会变得十分昂贵。一方面，是否还有上万亿桶的石油开采量，原油价格能否在每桶10美元以内。世界原油生产已经变化迅速，而且有许多不定因素。另一方面，化石燃料资源是有限的，这是无可争议的事实。重要的是考虑当供应呈峰值时未来价格的敏感度，而不是去争论何时是油将用尽的理论时间。最近由于几处新资源的发现及应用，在20年内原油产量可能会有所增加。但是，必须注意美国一直是原油进口国，50%原油靠进口。如果原油进口一旦停止，北美可采用的化石燃料资源储量按目前消费水平只能维持约14年。如果保持目前进口水平而不增加，也只能使用28年。当然，将会有新的改进的抽提技术，例如水平钻探和核磁共振钻孔等，但是要在近年取得成效，希望是不大的。
用可再生资源补充石油化学品，要从现在开始，由少量到大量逐步进行，有关研究工作要立即开始。不考虑化石原料供应衰退时间表的争论，由于人口增长以及一些新兴国家人们生活水平提高，需求将继续增长。在可再生资源取代化石燃料之前，它将作为一种补充资源。因此，无论如何在美国开发可再生资源作为工业原料都是十分重要的。
“设想”中提出的指标是“2020年基础化学品至少有10%来自植物衍生可再生资源，随着发展观念到位，2050年要提高到50%”。要注意无论是美国还是全世界总消费量的增加是很快的，因为即使2020年的10%目标是按当时的生产总量计算，也比当前消费水平要提高4—5倍，绝对的增加更大。如果2020年消费水平本身提高1倍，可再生资源的绝对指标也要翻番。
换言之，不能期望可再生资源在不变的需求环境下能完全取代烃类资源，而只有当消费产品需求增加，可再生资源可以能满足此增加需求中的一部分。在2040年时间框架中，指标可以是：可再生资源应用使化石燃料能稳定地维持现在的消费水平。按此指标可以形成以下的观念：
由于不是一个竞争替代战略，可再生资源并不与非再生资源直接竞争。
需要用可再生资源和非再生资源两种资源来满足未来20年的需要。30年以后，可能要更多依靠可再生资源，因为那时的化石燃料将会很贵而且有限。满足近期指标的支持和研究完全与长期目标保持一致，这些方向性指标，非常清楚地表明面临的挑战是巨大的，需要从现在就采取行动，应当开始建立通向扩大利用可再生资源的道路。除了建立可操作的可再生资源基础指标外，其他一些相关的指标也是很重要的，包括：
建立系统，通过加强经济可靠性的基础设施支持，将供应、制造和分销等活动集成起来。
通过功能基因学来提高对植物新陈代谢的理解，优化对专门的增值加工工艺的设计和应用，除应用现有的组分外，要开拓新型聚合物生产和应用。要保证开发的新工艺过程的效率高于95%，同时应用伴生工艺，应用所有副产物，消除废料，保证新的平台能在特殊的环境条件下坚持目标方向对确定目标与研究指标要反复交叉检验，使其能坚持可再生燃料/能源需要的目标。
在生产和分销中要开发保持稳定供应的途径，在年生产一定范围基础上控制一些因素，如价格、数量、性能、地区分布、质量等。同时要制定提出这些因素的标准。
建立进一步合作伙伴关系，改进综合集成，通过加强农村发展来支持取得成功。
“设想”的目标要实现，主要要使本“技术指南”中所列出的目的大纲都能达到。基因改性植物生产专门的代谢产品和开发补充性的化学改性产品取得成效就可以达到2020年可再生资源应用增加5倍的目标。这些进展也将为2020年以后的进一步发展奠定基础。
可再生资源应用技术和市场的障碍及问题
将可再生资源制成消费产品的整个系统中有许多障碍和问题，其中关键和问题是：
植物科学方面：基因学、酶、新陈代谢和组分。
生产方面：单位成本、收率、持续性、基础设计、植物设计。
加工方面：经济学、分离、转化、生物催化、基础设施。
应用方面(由技术和材料驱动的问题)：经济学、功能性、性能、新用途。
应用方面(由市场和需求驱动的问题)：价格性能比、性能、知觉、市场开发。
现将上述关键和问题择要分别介绍于下。
一、关于应用方面（材料驱动问题）
1、经济学
单位成本是当前植物衍生材料使用的主要障碍，也是经常引起争论的一个问题，问题的核心是竞争性成本状态。在多数情况下，应用植物基原料的成本都比较高，难以与以烃类原料为基础的加工工艺竞争。但是，成本竞争情况有几个非常复杂的因素互相影响，诸如产品价值、材料成本、产量、需要加工程度以及所用基础原料的性能等。因此如果未来的战略只考虑降低本是不会成功的。最重要的经济推动因素不是成本本身，而是制得的产品和制造费用的差价(即增值)。
产品价格是诸多因素的函数，诸如产品利用、性能、消费者喜好和需求等，而制造成本则受原材料价格、供应的持续性、加工、废料处理费用和投资等诸因素影响，要符合当前的具有竞争性的通用化学品工业的低成本需要。但是，从长远考虑，只进行成本比较是有问题的，因为未来的化石燃料的成本是难以预测的。
在当前情况下，用烃类原料生产消费型产品的加工效率是很高的。但这并非是化石原料本身具备的特点。因为石油化工已经研究了100年，有了3代科学家，政府投入了大量资源才使之达到今日的水平。与之相比，植物基材料应用尚处于较低的水平，开拓植物基原料应用来适应已臻成熟的烃类加工需要并不是一条唯一的道路，目前应用数量还是很少的。另一条路线是通过弄清植物衍生材料性能进行技术开发，用基因改性植物，使之能提供含有需要功能的组分。
2、功能性
改变植物中的不同组分含量的目的是提高其功能性。在石油化工中先进行原料裂解降级成为简单的分子，随后用它们再行合成为较复杂的分子和聚合物。植物中已经含有不同形态的聚合物，可以在许多产品中应用。但是，在现在加工系统中尚无大量应用。用量有限的原因有几个方面，其中主要的是由于缺乏对其功能性的理解，而只注意其成本。最近，已经由植物衍生的蛋白质聚合物研制出塑料薄膜的试验产品，显示出其应用的潜力。而且，植物拥有立体化学结构，可以得到一些有价值的手性分子，如糖类、维生素、氨基酸等。从总体看，目前对植物基础原料的反应性和功能性尚不够了解，因此限制了新应用思路的产生。
二、关于应用方面（需求驱动问题）
1、市场开发的费用
植物衍生材料应用的一个关键是市场开发费用高。正如许多新产品市场一样，新产品的研究往往是由小公司开始的，它们投资不足，缺乏继续发展的资源，常常只停留在试验阶段。工业化的成功率低，由于没有一定的供应量而常使产品衰落。因此，需要大力改进产品开发和支持机制，而且要进行与产品相关的市场开发，这是扩大利用可再生资源的主要工作。目前市场上应用的标准都是基于石化产品，没有适应生物基产品的标准，这也是要成功地与石化产品竞争的另一障碍。
2、认识问题
植物衍生材料常给人以较低级的印象，这可能是由于当前处于“石化时代”之故。对某些制造厂商来说，它的性能较差，主要是因为未得优化。虽然公众环境意识增强，但是对植物基产品需求尚不足以创造市场来拉动技术开发。因此，当前可再生资源的进展主要是基于技术推动的结果，只有增加市场拉动才能有力吸引公司更多投资。没有要变革的冲击，就不会有更多的变革。因此，如果没有各种经济倾斜途径，现状是难以改变的。
三、加工问题
1、基础设施中分销问题
多年来石油化学工业已经建立了加工和分销烃类基础产品的有效基础设施。由于依赖进口原油，美国的多数基础设施是建设在海岸线上。因此，许多现有的加工装置并不适合大量植物基材料的收集。植物原料都是在木材加工厂、榨油厂和玉米湿法加工厂进行加工，它们最好接近于供应地。要应用大量植物原料就需要进一步将供应和加工制造集成起来。应当开拓确立农村发展优势和重点的战略和措施，更好地鼓励多用可再生资源。
2、分离技术
应用植物于工业用途的一个关键是缺少植物组分的分离技术。树木具有非常复杂的成分如木质纤维素。此成分强度高，但要将它分离为有用的分子组分则很困难。多数农作物收获品是种子，它们含有碳水化合物、蛋白质、油分和数万种其他组分。通常对许多谷物发芽和生长都能进行良好的安排，而对其作为原料进行分别管理则很困难。一些除去原始粗组分的工艺，如榨油和提取糖分等已经开发，但如何将专门形态的蛋白质和纯的含碳组分分离则仍是困难。在植物基原料加工中常遇到非常稀的水溶液物料，处理费用很高而且技术困难，这是应当要解决的问题。将反应与分离集成起来的加工系统(如催化蒸馏)可能是一个解决问题的方向。但是此类系统目前应用有限。而且还未被开发作为植物基原料方面的应用。通过引入某些基因而使植物增加新的组分，就更需要应用先进的分离技术来回收有意义的新组分。例如生物聚合物开发中目前就因缺少高效纯净的经济上可行的分馏工艺技术而受到限制。植物的组分如不能有效地分离出来，就不可能控制最终产品的特性和质量。
3、转换技术
要利用植物中各种组分的另一问题是将这些非均相的混杂原料转换成较为简单的分子，这才可以进行进一步反应。在植物基原料中，加工工艺需要有高性能的多功能生物催化剂或是非均相催化剂，这些催化剂具有多种功能并可以进行回收。
知识不足是另一关键，目前人们尚缺乏关于植物组分的自然差别和来自不同作物的同样组分的特性等方面知识。这些知识的缺乏和不足就构成难以鉴别植物的差异性，缺少鉴别的手段，因此也就难以考虑作为原料的应用。发酵是用来将某些农作物转化为各种产品的工艺，转化是非均相的。所用的转化方式，副产利用和分离等方面仍有许多有待改进之处。一般地说，植物系统的复杂化学问题使新型或改进植物基加工工艺的设计较为困难。烃类化学制造中有丰富的氧化化学知识，还原化学方面较少，这些都是植物系统加工所需要的。目前特别缺少关于还原生物催化剂共生因子系统方面的实践知识。
植物原料加工工艺开发的另一个大的障碍是当前缺乏有关的教育培训。目前化学工程课程中只有少数涉及生物化学课题，多数毕业生成为化学工程师只拥有非常基础的生物工艺知识和有限的重要生物分离的知识。多年来，工艺化学家和工程师的培训重点都是烃类化学，考虑植物基可再生资源加工需要很少。
四、生产方面
1、收率、持续性和基础设施
因为目前尚未利用大量植物基原料，除木材和造纸外，只是关注未来的供应分销而不是现实存在的问题。但是，这些对实现可再生资源的目标都是十分重要的。在供应的持续性方面，数量和质量都是未知数。如果植物基原料能加工成简单的碳分子，其持续性问题就不成关键。但是如果要设计应用其中某种特殊组分(如聚合物)，或是要直接抽取其中某种专门组分，原料的质量和数量的稳定性就非常重要。
在一些情况下，供应持续性中的不确定因素实际上就是风险管理的内容。未来的石油化工供应问题和可再生资源供应问题都有风险。对石油化工来说，未来的供应不桷定因素可能因世界上一些区域的政治变化而增加。而对植物基原料来说，气候可能成为不确定的地区因素。如果某些专门植物不能大量生产可能导致贸易上的不确定因素，这些问题不需要采取断然措施，但是需要重视通过改变基础设施来保证经济可靠性。另一个冲击供应持续性的不确定因素是未来的农作物用途是作为食物还是作为工业原料。一方面是根据供应短缺理论，认为农业难以供应飞跃增长的人口和消费品增长所需的原料。实际上，从需求角度看，食物和原料都在增长，即使不考虑可再生资源进行工业利用，食物本身也存在问题。解决食物问题的方案也可能就是解决工业原料问题的方案。因此，在供应方面必须应用新技术，如生物技术，这样才能保持产率不断提高，使农业能达到一个新的水平。
2、植物设计、植物科学、基因学
转基因技术已经显示出令人鼓舞的前景，要进一步充分利用尚有大量工作有待进行。存在的一个主要障碍是对植物本身内在新陈代谢过程还不够了解，不能按特殊聚合物和其他材料的需要进行设计。因此，对植物新陈代谢和碳流的知识匮乏是其发展中的限制因素。
近年来功能基因学的进展有望促进对材料合成设计的理解。但是这门科学目前刚开始，与类似的医学领域相比所取得的支持还是很有限的。基因转变中的另一成就是让更多的专用基因嵌入和对质体以及细胞核的常规转变。在植物变化、基因学和生物信息等方面有着广泛的研究项目，但是将这些出现的新技术应用于可再生资源的专门研究则很少。
要使科学知识不断深化，在一定程度上取决于消除这些主要障碍，有些已被称为多学科的研究。但是，需要努力加强和协调才能促进现有的障碍及时地被克服。换言之，基因管理的研究必须紧密地与植物内含聚合物的功能性以及分离工程等研究相结合。
研究和开发的课题
《美国植物/农作物基可再生资源2020年设想的技术指南》(以下简称“技术指南“)列出为解决植物/农作物基可再生资源利用中的主要障碍应当进行研究开发的课题。“技术指南”按4个主要方面的障碍依重要性大小列出研究开发课题，每个研究课题的影响都有其时间范围，其中近期表示0—3年、中期表示2010年、长期表示2020年，近期目标的达到可用以衡量面向2020年可再生资源开发利用设想的前进步伐。
一、植物科学研究方面
1、近期影响课题(按重要性依次减小顺序排列,，下同)
(1)应用功能基因学了解植物新陈代谢和组成，至少要与1种主要农作物基因计划结合；
(2)开发能实时进行植物组分的定量分析工具；
(3)改进转基因方法，特别是对麦杆基因的专门嵌入，要在1998年基础上提高效益10倍；
(4)开发1—2种主要农作物的基因标记系列，使之有助于摆在有用的可再生组件含量；
(5)将80%现有的germplasmbase进行编目，有效利用各类淀粉、蛋白质和油分；
(6)找寻发展中的生物信息学利用途径，推动可再生资源的研究和开发，
(7)弄清nuclear-plastid相互作用。
2、中期影响课题
(1)在新陈代谢过程和碳流中至少弄清50个限制速率的关键步骤；
(2)利用功能基因学弄清分子、细胞和整个植物的控制管理；
(3)为主要植物用于可再生资源的组分制定标准；
(4)在2种植物中，建立碳库并为细胞分割确定控制点；
(5)在plastid转变中高效率(大于90%)方法的建立；
(6)创建示范工厂，使主要组分利用率大于60%(如油料、淀粉)或是专门碳键(如c5)大于3o%；
(7)利用基因开关的方法；
(8)建立为植物可再生资源利用的生物信息学基础。
3、长期影响课题
(1)重新设计新陈代谢过程，提供有用的碳结构骨架；
(2)应用有针对性进化技术建立100个未来原料的品种库；
(3)设计新型分子或改性现有化合物，使之适应于功能需要；
(4)为提供工业用原料，创制2种新植物种类；
(5)利用简单的细胞组织进行成本和能源效率评价；
(6)利用计算机技术设计植物组分。
二、生产研究方面
1、近期影响课题
(1)提高亩产量10%~15%以降低原材料单位成本；
(2)改善农业管理，提高肥料利用效率和虫害防治，
(3)确定至少10种影响原料组分和质量的因素；
(4)对至少10种具有潜力的系统和植物类型的亩产效率进行定标赶超（如主要农作物、林业和多年生种类等）；
(5)调节气候条件对生产的影响；
(6)每年对2种农作物的潜力进行评价或用其他方法评价亩产量；
(7)提高当前农业加工中废料利用率5倍；
(8)在单位投入基础上提高贫瘠土地产量2倍。
2、中期影响课题
(1)提高产量，使单位投入的碳产出为1998年基础上的2倍；
(2)为长期可持续发展，开发尽量减小土地、大气和水利用影响的系统方法；
(3)对收获产物和主要植物成分建立标准；
(4)专门设计收获装备，尽量增大碳的收获；
(5)开发新的利用方法，使现在遗留在土地上的农作物45%能得到利用，
(6)培育适应专门土地和土壤的农作物；
(7)建立农业信息学基础，重点是不同来源的可再生资源植物类型、生产价值、质量和单位成本。
3、长期影响课题
(l)在化石燃料排出废气中co2的固定；
(2)从现在植物/农作物生产中消除碳的废料；
(3)设计新的农作物/植物生长系统，优化原料回收率(大于95%可利用)；
(4)对主要能源获取和固定，提高化合效率；
(5)对收获前期工作和部分就地加工的装置进行设计；
(6)对连续生产系统进行设计和评价。
三、加工研究方面
1、近期影响课题
(1)改进分离技术，处理大于95%的非均—植物材料；
(2)改进单体基础原料变换的生物催化剂；
(3)开发3种具有高选择性的快速反应强力催化剂；
(4)为将植物聚合物转换为有用的单体，找出新型和性能优良的酶(具有10倍活性)并进行评价；
(5)将微生物进行工程化，改善非均—植物的发酵；
(6)提高废物利用率2倍；
(7)开发高效的除水技术并对改进的非水溶剂反应系统进行评价；
(8)在植物材料中利用天然立体化学方法的评价。
2、中期影响课题
(1)应用5种以上高级分离系统(如自行清净膜、离子交换、精馏等)；
(2)为经济捕集植物单体和聚合物开发改进的分离——纯化技术；
(3)为2种以上植物类型建立经济共生系统；
(4)通过分子进化技术设计并创制50种新型酶；
(5)开发100种以上具有性能成本特性的新型酶库；
(6)研究反应性分级系统；
(7)对微生物、酶和化学品库的性能建立信息学基础，用于特殊的转化。
3、长期影响课题
(1)实现原料加工中无废料的多种产出的连续工艺；
(2)为改性植物和组分设计新设备；
(3)为3种以上新产品(如将工程化酶转入植物并在收获中得到活化)设计新机制；
(4)固态酶转化；
(5)设计14种化学与生物结合型反应器；
(6)评价植物组分在分离前相内的作用。
四、应用和基础设施研究方面
1、近期影响课题
(3)探求3种在现有加工装置(如玉米湿法加工厂、纸浆厂)上扩大应用植物原料的机遇；
(4)分析测量系统，对90%以上的主要植物组分进行定量；
(5)实时评价单位性能成本和增值成本的方法；
(6)评价运输系统及成本；
(7)计算出100%年加工贮存量和投人产出的需求量；
(8)创建基础设施，扩大利用农业废料。
2、中期影响课匾
(1)深入掌握植物中10种以上组分和碳键新陈代谢体的结构与功能关系知识；
(2)开发对高质量原材料的100%鉴别保护系统；
(3)为价值驱动的生产和定货实现营销系统；
(4)对在同一地点的多目的利用区的协同作用进行评价；
(5)对原材料组分和加工过程中的中间产物实现实时定量分析手段(小于3分钟/试样)；
(6)开发生产预测手段，准确性大于95%；
(7)在一组植物原料性能基础上建立信息学基础，如单位成本、性能、功能性、最佳来源、应用范围等。
3、长期影响课题
(1)所需功能进行分子结构设计制备植物化合物至少10种；
(2)在植物生产区内开发至少5个制造利用中心；
(3)开发3种以上有新功能的新材料；
(4)提出扩大利用可再生资源所需的教育培训需求；
(5)在植物组分功能间协同作用的利用；
(6)设计最终产品的贮存和运输，使之到达销售中心和出口；
(7)为供需关系的控制创建减轻超过90%风险的战略。
当前，美国有一些项目已在进行，可视为工业原料中应用可再生资源的先驱，也可视为本“技术指南”中研究项目的示范事例。其一是在转基因植物开发中的聚羟基丁酸酯(pib)。phb可在植物中生成，作为制造生物降解塑料的原料，用适当的细菌基因进行转化并弄清植物内在的新陈代谢路径，从而构成制备方法。现在正在进行分离、生产标准等项工作。
其二是用玉米淀粉作原料，通过酶反应制备聚乳酸(pla)。cargi11-dow合资企业已在充分研究的基础上进一步投资数百万美元建立制造装置进行工业开发。pla是一种生物裂解聚合物，原料是由玉米湿法加工工艺制备的葡萄糖，其中发酵过程和酶的活性是重要因素。最终的pla树脂可视用户制膜、纤维、碳制品和涂层的需要分别制出不同规格品种。pla具有聚苯乙烯、聚烯烃和纤维素的功能性。
协同与合作是取得成功的途径
未来利用可再生资源需要采取一条多学科和跨行业途径。在许多领域内的研究成就都提供了发展机遇，如生物聚合物、立体结构型分子、新型酶、新材料和转基因设计等。但是每个方面内的任何进展如果只当作孤立的技术领域是远远不够的，需要更有力的相关研究计划，采取平行的和协调的方式进行工作，才能取得成果。
要取得有效益的进展必须采取多学科的途径，这是非常清楚的。但是，任何一个组织都难以具备有如此深度和广度的技术能力。因此，对研究提供的支持应当是多方面的，而且要在跨行业的系统中进行。
“植物/农作物基可再生资源2020年设想”(以下简称“设想”)中提出的要求需将重点瞄准有限的热点目标同步取得进展。对于研究工作则需要有准确的时间表和系统中各方面的广泛交流，所有这些都要走相互协同的道路。例如，一位科学家可能发现一种新型聚合物，具有可以作为高级生物降解塑料的功能，但是，此研究成果的价值受到以下一些因素的限制：发现适当的基因、新陈代谢过程可靠性、:最佳作物类型是否能有足够的产率和可承受的成本、各种聚合物组分分离可能和利用此材料制造新产品的方法等。所有这些因素都需通过研究和开发才能取得相应的进展。进行这些研究开发要采取最佳途径保证研究成果关键的目标互相协调、平行地进行，此途径要鼓励私营部门的参与。
当前，植物和农作物作为生物质和原料已被应用，诸如淀粉、蛋白质、脂肪酸和异戊二烯化合物。林业主要是为纸浆和造纸提供原料。黄豆则是用于油墨和涂料。玉米通过湿法加工发酵工艺已经进入几个工业部门，但是各种用量都很少。由于基因工程可以通过新陈代谢操作使植物或农作物生成有功能需要的材料，从而显示出新的发展机遇。
“技术指南”已经突出了未来取得进展的途径，而且确定了系统的各个组成部分的目标。成功地达到这些目标就可实现“设想”中确定的到2020年可再生资源利用增加5倍的目的，同时也为2020年以后进一步发展奠定了基础。按“技术指南”目标提出课题是人们用所有的天然资源满足不断增长的消费品和能源的需要。当前进行研究将为今后的产品选择提供机会。可再生资源需要将注意焦点放在以下几个方面：发展方向、最佳科学思维的应用、最先进技术的应用和最高级智能水平的继续研究等。本“技术指南”已经提出了需求和研究开发课题，其目的就是为美国开拓实施一条成功的可再生资源战略。而且也选出了需要优先支持的领域，它们都是从几个已经确定的科学研究和工业开发需求中选择出来的，而且考虑了在高级可再生资源的关键部门有最大的投资回报。
未来世界许多方面都会延续但将发生变化。幸运的是我们已看见其需求并具有科学智慧适应变化的发展。美国要保持领先地位就要继续采取迅速的行动来满足扩大利用可持续发展的可再生资源的需求。不断的科学突破和技术进步(正如“技术指南”文件中所列出的项目和课题)才能满足资源利用的挑战。这些挑战正在我们面前，我们面临的挑战是为满足人们对产品不断增长的需求。
“技术指南”中从两个方面表明多学科和跨部门的研究开发对实现“设想”的重要性：
一是植物的投人，同时要考虑废料和副产物利用、改性基因学的应用。
篇2
[关键词]绿色建筑；设计；推广；要点 文章编号：2095-4085（2017）02-0075-03
城市化进程不断加快，经济发展快速增长，对生态环境造成了严重的破坏，国家面临严重的资源和能源危机，违背了可持续发展战略原则。传统建筑行业弊端大、耗能高、浪费资源，造成资源短缺现象。同时施工过程中大量排放给环境带来严重压力，使我国经济发展严重受阻，不利于国民经济增长，人民幸福感普遍下降。绿色建筑设计理念的产生解决了传统建筑带来的危害，符合可持续发展理念，有利于促进节能减排，减少污染，释放环境压力。
1对绿色建筑的解读
绿色建筑并不单指“绿色”，而是一种观念和意义上的健康h保象征，它是指在满足居民使用需求的前提下，建造一种不会破坏生态环境，对人体健康无害的一种新型建筑。这种建筑可最大限度节约资源，减少环境污染，降低生态环境危害，给人们创造舒适健康的空间。在绿色建筑过程中，低排放的二氧化碳减少了污染，对雾霾、全球变暖都有一定积极影响。
2绿色建筑的设计要求
2.1地理环境、材料选取的设计要求
首先是取址问题。在选址之前，要测定土壤成分，是否存在有毒物质，地下水含量、纯净度，地磁强弱等；其次是材料选取。要尽可能选用天然材料，加工过程少，添加成分少，人工材料要经过检测，确保对人体、环境安全；最后是地理方位的选择。要因地制宜，就地取材，考虑地形、地貌、主导风向、正午太阳高度角、水源、绿地、阳光、空气、水等自然资源，尽可能采用可再生资源，减少耗能。选址后要进行实地勘探，做好测量，结合地理环境和人文因素进行分析，避免破坏周边生态环境，减少热岛效应的产生。总之，要做到自然和谐，绿色环保，使人与自然和谐相处，减少生态环境压力，将环境效益、经济效益、社会效益友好结合。
2.2对建造单体的设计要求
建筑物的形状会影响建筑耗能。进行单体设计要设计好建筑外形，减少外形面积，减少楼层高度（楼层过高易形成热岛效应，不利于污染物的排出）；决定门窗走向时要根据通风通光情况而定，室内采光条件好也可以降低耗能（减少光污染，节能环保）；外墙要选取节能效果好的材料替代泥土砖，比如导热性好，增加墙内保温材料的使用，冬暖夏凉最佳。注意在单体设计前要做好设计方案，建筑结构和设计要尽可能多，可变性强，弹性空间大。
（1）建筑形状与建筑耗能。建筑物表面积与建筑体积比对于建筑的热工性能非常重要。一般来说，曲面建筑的热耗要小于直面建筑的热耗，分散的布局比密集的布局热耗大。表面形状、楼层高度对耗能都有影响，最好采用规则的形式建造。
（2）采光条件与耗能。现代化家居设计对室内明亮度有较高要求，将室内光线调置好会减少对灯光的依赖度。需要注意的是，房屋建造外墙要满足采光、通风良好，减少对家电的依赖，利用墙板采光控制室内温度。
（3）增加设计弹性。增加设计弹性有利于节约资源，降低消耗。可通过建筑结构和设备增加灵活性提高住房的可变性。比如在厨房留出充足的管道空间，利于排水或其他设施安装，方便户主入住后的装修；增加楼梯的可生长性，比如预留量、楼板承重、周边预留地等；延长家具的可变性，包括管道空间等。
（4）资源节能设计。多采用太阳能、风能水能、光能等可再生资源，节约利用煤、石油、天燃气等不可再生资源。
（5）科学智能设计。高科技产品层出不穷，大量电子通讯和自动化技术在建筑中得以运用，涌现了大批智能化建筑，其可以根据温度、湿度、风力等情况自动调节空调量，正真做到促进绿色建筑在“高标准、低能耗、高效能、低污染”状态下持续发展。
2.3建筑户外植被空间的设计要求
前面说到在建造时要考虑到地形地貌等自然综合因素，除了对于建筑物单体的设计外，还要对户外进行一定的勘探考量，要符合城市总体规划要求及人与自然和谐相处原则。户外土壤要肥沃，有利于大面积绿化，增加植被覆盖率，通过植被水分蒸发形成湿润、凉爽的环境。周围增加乔木的种植量，减少路面吸热，提高空气含氧量。目前最常见的环境绿化主要有小区周围环境绿化和建筑立体绿化。对于小区周围，用草坪和石子替代水泥路面，辅之乔木，还原一个原生态住宅区。多数小区采用水泥铺路，其不利于净化空气和雨水排放，渗透性极差。立体绿化是引入“土地空间化”概念，主要包括墙面绿化、屋顶绿化和阳台绿化。常见的有在强烈阳光直射的墙面爬满绿色藤状植物，通过植物来避免阳光直射墙面，降低外墙表面温度，保持室内温度稳定。丰富的植被有利于净化空气、愉悦身心，在美化环境的同时给住户带来亲近自然的享受，尤其对老人和小孩的身体健康有很大好处。
2.4建筑材料节能环保的设计要求
篇3
关键词：可再生能源；建筑设计；特点；措施
1引言
随着当前我国社会的不断发展，人们对于能源的需求量正在不断增加，进而也就必然会导致相应能源出现了短缺局面，尤其是对于各类不可再生能源而言，更是表现出了较为明显的短缺现状，需要在未来引起足够重视，并且采取较为理想的措施进行改进优化。可再生能源可以说是当前比较重要的一类能源构成，其相对于越来越稀缺的不可再生能源而言，具备着较为突出的应用优势，应该在各行各业中得到较好运用，而在建筑行业中，要想促使可再生能源得到较好运用，则需要重点加强对于建筑设计的关注，保障建筑设计方案中能够较好处理可再生能源的应用机制，提升其作用效果。
2建筑行业中可再生能源应用特点分析
建筑工程项目中对于可再生能源的有效应用已经成为了今后比较重要的一个发展方向，也是有效解决现阶段建筑工程项目中能源消耗较为突出问题的重要手段，随着可再生能源运用相关技术手段的不断创新优化，其具体应用价值也越来越突出，在具体建筑工程项目中表现出了以下几个方面的基本应用特点：（1）节能效果较为突出。对于可再生能源在建筑工程项目中的具体应用来看，其能够在节能方面表现出较为理想的作用价值效果，这也是其最为直接的一个表现特点所在。因为在建筑工程项目中较好的借助于可再生能源进行了相关系统运行需求的满足，如此也就能够较好提升其对于传统电力能源以及其它不可再生能源的应用数量，如此也就能够达到较为理想的能耗降低效果，节能优势较为突出。当然，这种节能水平的有效提升优化还需要重点从并网等方面进行有效优化处理，保障可再生能源的应用能够和建筑物更为匹配协调，避免其出现了较大的问题和缺陷。（2）环保效果较为理想。随着当前我国建筑行业的不断建设以及应用，其对于周围环境带来的压力是比较大的，尤其是对于相应自然环境的污染和损坏，更是极为突出，这一点在相应传统能源的运用方面也能够得到一定体现，进而也就需要重点加强对于这些污染问题的有序防控，尽可能提升其环保效果。从这一方面来看，可再生能源的充分运用同样也能够表现出较为理想的环保效果，其不仅仅不会对于建筑物周围的环境造成较大的不良影响和威胁，同时还能够有助于提升相应建筑工程项目对于周围自然资源的充分运用，其协调性也较为理想，进而也就值得进行充分探索和落实。（3）前期投入较大。对于可再生能源在建筑工程项目中的具体应用来看，其虽然能够在后续表现出较强的作用价值效果，也能够较好推进相应建筑工程项目的可持续发展，但是其对于前期投入的要求也是比较高的。这种可再生能源对于前期投入提出的要求一方面表现在相应经济层面，其需要较大的资金投入，很多可再生资源应用相关设备以及具体技术都涉及到了较多资金的运用，进而也就很可能加大成本压力；另外，相应可再生能源运用对于技术层面的投入需求也是比较大的，其需要进行较为深入全面的探索和研究，确保相应可再生资源的应用价值和效果能够得到充分体现，如此也就能够保障后续应用更为适用高效。
3可再生能源在建筑设计中的利用方式
具体到当前建筑工程项目设计过程中可再生能源的有序应用落实而言，其最为核心的手段和方式就是针对不同类型的可再生能源进行有效设计和布置，促使其能够在建筑物相关区域以及具体运行中表现出理想作用价值。结合现阶段的实际运用状况而言，其应用效果比较理想的手段和具体措施有以下几点：（1）太阳能资源的运用。在建筑工程项目的设计处理中，可再生能源的运用中太阳能资源可以说是比较重要的一类基本能源，这种太阳能资源的运用在我国具备着较为丰富的经验，并且其具体应用手段和方式也是多种多样的。比如对于太阳能热水器的充分运用就是比较常见的一种手段，其相对应的技术含量不高，能够得到较为理想的普及和应用，但是其具体的能源转化和应用效果是比较突出的，可以在建筑工程项目中进行有效设计，进而也就能够为建筑工程项目的热水供应提供一定的积极作用，此外，太阳能资源的有效设计应用还可以通过相应采光方式来实现，自然采光效率的优化主要就是通过相应建筑物朝向以及结构的恰当处理而实现，进而也就能够保障建筑物对于太阳光较为充分运用，对于以往照明系统的应用压力降低效果较为明显；随着科学技术的不断发展创新，相应太阳能电池板的普及推广同样也能够在建筑设计中得到较好落实，并且其应用效率和能源转化效率也正在不断提升。（2）风能的利用。在建筑设计中有效利用可再生能源还可以从风能方面进行合理优化布置，这种风能的利用主要就是为了较好促使建筑物能够借助于自然风来实现自身运行效果的有效提升，并且与此同时降低对于机械能源的消耗。在具体建筑设计处理中，风能的运用可以首先通过自然通风的方式来发挥理想作用效果，这也就要求在建筑工程项目的具体设计处理中，应该能够较好针对相应主体结构以及门窗等进行合理布置，如此也就能够充分提升其自然通风水平，保障建筑物能够在自然通风下营造出较为舒适的环境条件，当然，对于当地风向的有效调查研究也是必不可少的一环；另外，在风能发电方面也同样表现出了一定的作用效果，这也就要求在建筑设计中得到较好落实推进，尤其是对于一些能耗较为突出的工业建筑中，其更是可以借助于风力发电来实现较好节能优化。（3）地热能的利用。建筑设计中通过合理的手段和方式运用地热能同样也能够达到较为理想的节能效果，并且在建筑物室内温度的有序调节方面也能够发挥理想价值。基于这种地热能的利用来看，其对于地区要求性比较高，并非在所有地区均能够较为适用，需要取决于该地区地热能的分布效果，地热能分布较为充分的地区，其设计规划后的应用效果就比较理想。具体到这种地热能的有效应用中来看，其主要就是为了促使其能够在较大程度上运用地下水的流动来实现室内温度的有效调节，其最为核心的组成部分和作用环节就是地源热泵的有效处理，应该结合当地基本地热能状况进行合理设置，促使其运行效果较为突出，,（4）其它可再生能源的利用。在建筑工程项目的设计处理中，还可以借助于其它一些可再生能源进行设计，比如生物质能、潮汐能以及水能等，但是这些可再生能源的利用条件比较苛刻，很难达到较为理想的广泛推行，对于技术含量的要求也比较高，需要结合建筑物所在区域的具体特点进行合理设计应用。
4结束语
综上所述，对于建筑工程项目的后续发展改进而言，可再生能源的运用是比较重要的一个手段，这种可再生能源的运用能够较好提升建筑物运行的节能效果，进而也就能够保障建筑物在后续应用过程中体现出理想的可持续发展水平，降低了当前建筑工程项目中因为能源消耗过度而带来的一些问题和局限，值得进行深入研究和探索。
参考文献：
[1]桑月红,陆坚.可再生能源在建筑设计中的利用分析[J].绿色环保建材,2017(1):43.
[2]王芳.建筑设计中的可再生能源的利用[J].中国住宅设施,2016(3):116～118.
[3]倪昌剑.论述可再生能源在建筑设计中的利用[J].四川水泥,2015(6):135.
[4]曾毅.可再生能源在建筑设计中的运用分析[J].四川水泥,2014(7):238.
[5]王笑平.建筑设计中的可再生能源利用分析[J].中华民居(下旬刊),2014(6):90～91.
篇4
关键词：绿色建筑；建筑设计；节能设计；新能源
1前言
建筑作为人们基本的居住环境，几年来，已经不满足于单纯的遮风避雨，而朝着多功能的方向发展，而为了营造舒适的居住环境，需要消耗大量的能源维持，导致建筑的能耗逐年递增，已经到了不容忽视的局面。本文将立足于绿色建设设计的意义，探讨绿色建筑的设计方法。
2绿色建筑的设计的意义
2.1缓解城市能源问题
居住环境的概念也随着时代的发展，不仅仅局限于人们用来遮风避雨的场所，为了营造一个令人满意的人工环境，建筑在城市能源消耗的之中占有很大的比例，已经超过了四分之一，因此加强绿色建筑的设计，对于我国城市的可持续发展具有强烈的现实意义。绿色建筑的设计，一方面能够减缓建筑能源的消耗，使能源可持续利用的周期加长。另一方面，绿色建筑的设计，使许多新能源得到广泛的应用，从而推动我国可持续经济的发展。因此，绿色建筑设计在建筑中的应用几乎是势在必行，对于缓解城市能源问题具有十分重要的意义[1]。
2.2能够减少环境污染
在工业革命后的几百年时间里，人们掠夺式的消耗着化石燃料等不可再生资源，已经让一些不可再生资源呈现枯竭的态势。此外，在消耗资源的同时，还会排放二氧化碳等其他废气，大气污染就会伴随着建筑增多逐渐加重，因此大量的污染问题进入人们的视线[2]。煤炭燃烧后会出现一氧化碳与二氧化硫。一氧化碳被居民吸入，会威胁居民的生命安全，而二氧化硫在空气中发生化学反应，会给整个城市带来严重的环境问题，例如在城市中形成酸雨，不但给居民的出行带来不利的影响，还会破坏城市生态环境，造成生态失衡等恶性循环。而绿色建筑概念的提出，使多年来频临失衡的生态环境看到了一线生机，绿色建筑设计主要探讨如何与自然界和睦相处，通过节能设计与新能源的利用，减少大气污染等环境问题的发生，因此也越发的受到人们的重视。
3绿色建筑的设计方法
3.1建筑选址与现场设计
建筑会对周围的环境造成一定的影响，因此加强建筑选址与现场设计，使绿色建筑设计的一个重要环节。首先在建筑选址时，要避开生态敏感区域。一方面，生态敏感区域的基础设施薄弱，无法给人们提供衣食住行方面的方便。另一方面，生态敏感区域容易遭到破坏，从而导致建筑性能大打折扣。以人为本是建筑选址最重要的原则，因此要考虑到公共交通系统与当地气候条件等要素，目的在于通过合理的建筑选址，为人们的衣食住行提供便利的条件。对建筑地段进行现场设计是保证建筑与自然环境和谐统一的必要条件，因此不仅要考虑到当地的环境条件，还要将绿色建筑的设计概念融入其中，例如，建筑的设计要建立在当地生态完整性的基础上，合理利用建筑周围的自然生态环境，使建筑的整体设计融入于当地的生态系统当中，并尽量减少现场的热岛效应[3]。
3.2自然能源的使用
绿色建筑最大的特点是节能环保，如何在节能环保的同时，又满足人们对室内环境质量的要求，是评价一个绿色建筑设计成功与否的关键。光热转换是太阳能应用的基本形式，通过修建太阳房、太阳能地板辐射采暖技术，能够将自然的阳光转化为可利用的能源，从而完成太阳能在绿色建筑中的应用。如今我国百分之三十以上的绿色建筑都使用到太阳能空调，太阳能空调的优势在于可将自然资源转化为可利用资源，从而减少建筑每年能源的消耗，达到节能环保的目的。被动式太阳能房则利用了建筑的结构与布局，是太阳能在建筑节能应用的主要手段，同时被动式太阳能装置能够将采集来的能源进行储存，能够在冬季阳光较弱的季节，满足建筑物的采暖要求。地热能也是重要的自然能源，已经成为近未来建筑节能自然能源应用的发展趋势，主要源于地热能利用的廉价性，能够在短时间内获得居民的认可，利于推广，尤其在绿色建筑节能设计中，地热能的利用，能够有效的减少我国中南部以及北部地区的取暖问题，因此在业界得到了广泛的认可与使用。
3.3建筑及其配套系统设计
建筑及其配套设计要兼顾节能环保与室内环境的舒适性，除了在设计中采用环保型材料之外，还要采取某些节能设计。配套系统设计是对自然光设计与自然风设计的综合利用，主要通过绿色建筑与外界环境达到和谐统一的方法进行绿色建筑的节能设计。比如在绿色建筑的设计之处，就突出保护自然风的路径，从根本上解决自然风的采集利用问题，在照明问题上，研究建筑物朝向对采光的影响，也是进行绿色建筑节能设计的一个重要方面，增加绿色建筑对自然资源可再生资源的利用率，从而设计出利用率较高的环保绿色建筑。由于我国南北温差较大，而室内与室外也存在着一定温差，自然通风设计便利用了这一点，为了维持室内的温度，比较环保的通风设计是在保持室内空气的新鲜度的前提下，引入自然风进行降温或升温，不但节省了绿色建筑的资源，还改善了人们封闭的环境，在长期来看对人们的健康有好处[4]。
4结语
综上所述，绿色建筑设计不仅仅是建筑室内环境的绿色设计，还应当充分考虑选址与环境的协调统一，使建筑既保持舒适、高效、健康，又与环境和谐，从而实现绿色建筑的经济效益与生态效益统一。
参考文献：
[1]伍小亭.超低能耗绿色建筑设计方法思考与案例分析——以中新天津生态城公屋展示中心为例[J].建设科技,2014(22):58～65.
[2]黄珂.绿色建筑设计的人文策略——以低技术手段与软设计方法构建绿色生活[J].南方建筑,2014,(6):70～75.
[3]李延钊,林超楠.基于BIM技术的绿色建筑设计方法——以南宁市城市规划展示馆为例[J].暖通空调,2012(10):50～53.
篇5
被动式建筑的概念最早源于1988年的瑞典和德国，后续通过了一系列的研究，加之德国黑森州政府的资助下，被动式建筑的概念从而逐步被确立起来。被动式建筑主要是指使用经过优化设计之后的建筑构造做法，传热系数较低的门窗、保温性能较好的墙体材料达到比较高效的保温、隔热性能，通过新材料、新技术、新工艺的综合应用，使建筑在较少使用主动能源供应的情况下达到舒适温度的要求[1]。被动式建筑是基于建筑节能的基础上而逐步发展起来的，对于我国而言，是一个全新的节能概念，但在德国和瑞典等地技术已经比较成熟。在室外温度为-20℃的情况下，室内可以不必开空调取暖就保持正常生活所需的温度，意味着房屋基本不需要主动供应能量。每年单位面积供热能耗仅为15度电。而这种效果只需通过材料、设计、施工手段就可实现。被动式建筑有两大重要的技术组成部分：第一部分是十分注重建筑的保温密闭性能，第二部分是可再生能源的利用。优异的围护结构提高了建筑的气密性。在保温方面，被动式建筑拥有自己的一系列技术和材料系统。它的外墙外保温材料往往厚达20cm，屋顶保温层的厚度达到30cm,而且，在两层之间的楼板处均铺设了保温板。被动式建筑采用节能性比较好的三层玻璃塑钢窗，而且在每个窗的内腔内都安装有保温材料。因此，墙体、屋面、外窗的传热系数均很低，使室内外的热交换降到了最低程度。同时，为了尽可能多的接收阳光，房子大多为南北向，窗户也尽量是一整片式的大窗，消除热桥也保证了维护结构的热工性能。不管是在德国、瑞典还是在我国北方地区，冬季采暖是我们需要考虑的首要问题，因为热桥对建筑围护结构和能耗的影响比较突出，所以被动式建筑在地面、外墙、屋面等部位有可能出现热桥的地方设计了比较独特的构造以求有效地消除热桥对建筑外维护结构的影响。
二、太阳能及可再生资源在被动式建筑中的应用
如何解决全球日益严重的大气污染问题、保持各国经济的可持续发展，这些都是目前各国政府、企业必须面对和亟待解决的问题。大气污染在很大程度上源于人类对矿物能源的依赖，建筑能耗在人类的能源消耗上的比重约为40%。因此，建筑的节能和可再生资源的利用方面是我们必须要突破的地方。在我国，环境问题中大气污染日益严重、人口众多导致建筑能源的消耗量巨大，加之我国目前建筑的总体不节能性，导致当前我国能源消耗问题十分严峻，但普通老百姓往往还并无知觉。在国外，建房者除了必须要遵守国家规定的建筑节能标准之外，政府通常还会要求建房者出具一份关于能源利用的方案。该方案涵盖三大部分的内容：CO2的排放量、对空气有害的物质以及房屋建设的费用。在瑞典，由于受到当地建筑成本的制约和影响，一栋被动式住宅的建筑成本约为1.8万克朗/㎡，而普通住宅得建筑成本约为1.6万克朗/㎡。相比之下，造价约增加了13%，但其年运行能耗却可由之前的110KWh/㎡降低超过50%左右[2]。经估算，通过7年左右的时间，其在开发环节增加的投入便可以收回。对于那些建造房屋用以出租盈利的开发商和普通的购买者来说，节能性好的建筑更受欢迎。因此，市场上对被动式建筑的需求量还是十分巨大的[3]。被动式建筑的能源主要来源于可再生资源。主要是通过太阳能的投入使用、地源热泵技术的应用、雨水收集及利用系统的投入和热量的高效回收利用来实现的：
1）屋顶及墙面上的太阳能装置可以用来供电。在被动式建筑的屋面、墙面均可以设置太阳能电池板，产生的电能除了能够满足用户的照明、电器等基本需要外，还可为建筑供暖、空调供电，以保证房屋的热舒适度。只是在极少数情况下需要额外的能源用于取暖。
2）地源热泵技术的使用。热泵技术是在利用可再生能源方面的一项有巨大潜力的技术。无论是以空气和水还是以土壤为热源的热泵，都可以在建筑的可持续发展方面发挥其巨大的经济效益。通过综合利用热泵技术、建筑业的围护材料、光伏及建筑一体化等一系列措施，使建筑房屋的零能耗和零排放成为现实，甚至最终还能达到正能量状态和反馈到电网投入使用。经过理论和实践证明，这些目标也是可以达到的。而且，一些发达经济体已部分实现了上述的这些目标。据悉，到2050年，大部分发达经济体预计实现80%至100%转换到可再生能源。热泵技术在建筑方面有着独特的优势。住宅建筑的热需求总体上属于100℃以下的供暖，热泵技术可以经济、方便地满足包括20℃左右的室温、40℃以上的热水洗浴等要求。热泵技术可以吸取空气、浅层地表水及土壤中的热量，热效率通常可以达到500%～600%，这种热效率是目前各类不同供热系统中所能达到的最高的热效率。尽管还有别的技术也可以考虑使用，但都达不到热泵技术的热效率和它所创造的经济效益、环境和社会效益等。
3）被动式建筑的雨水收集及利用系统。被动式建筑中有着自己的雨水回收措施即“雨水收集与利用系统”。通过收集与利用建筑物的屋顶甚至是室外的道路等地表汇集来的雨水，经过收集--输水--净水--储存等渠道积蓄和利用雨水，为室内用水、绿化和物品洗涤提供水源支持。很大程度上达到了综合利用雨水资源和节约用水的目的，缓解了城市中水资源的紧缺和浪费[4]。
4）热量的高效回收利用。对热进行高效回收是降低被动式建筑能耗的一个非常重要的手段。大幅度降低被动式建筑的采暖能耗的一条很重要的途径就是采用新风热回收的技术。当建筑的气密性能提升之后，采用合适的通风换气方式对于被动式建筑就显得尤为重要了。必须要有一定的新风量要保持室内空气的清新与健康。在欧洲的大部分国家，换气次数指标对新风量的要求为0.4-0.9次/h，在我国，北京居住建筑节能设计标准规定的冬季换气指标为0.5次/h，与欧洲各国的换气指标要求大致相同。在现在的各类建筑中，间断性地开启门窗和门窗缝隙中空气的渗透是实现建筑换气的主要方式，但这种做法在驱走了污浊空气的同时必然也会带来大量的热量损失，并且冬季室外的冷风也会给人带来不舒适感。在被动式建筑中，这一换气指标完全是通过机械通风的方式来实现的。在被动式住宅建筑中，室内污浊的空气可以通过厨房和卫生间的排风口排入风管中，新鲜空气则可以通过卧室和起居室的送风口进入房间进行空气流通。
篇6
所有这些优厚的条件都极大的促进了我国的水利工程建设。使其以前所未有的速度高速发展，取得了巨大的成就。在长期的水利工程施工过程当中积累了丰富的经验，极大的促进了我国水利工程施工技术的发展，而这些水利工程施工技术又在很大程度上指导了水利工程施工的顺利开展，促进了我国的水利工程建设事业。本文章就我国水利工程施工技术的发展进行了探讨。
1对于堤坝施工技术的探讨
对于水利工程来说，最为常见的施工就是堤坝施工了，特别是土质心墙堆石坝，在水利工程中十分的常见。首先是应该选取防渗土料，心墙采用碎石。其次是基础的防渗工作。如果筑坝是在比较深厚的砂砾石层，应该做好相应的防渗工作，建设防渗墙。近几年来，造墙技术采用冲击及反循环钻机钻主孔，液压拔管机起拔接头套管，用孔内聚能爆破大孤石钻进等，完善了施工保证了成墙的施工质量。混凝土坝在水利工程建设中也十分的常见。混凝土大坝在建设过程当中需要大量的进行混凝土浇注工作，这对混凝土的拌和、运输以及仓面作业等都提出了较高的要求。随着我国水利工程建设的发展，这些环节都配备了大型的机械设备，能够有效的满足混凝土筑坝时高强度的混凝土的需求。大体积混凝土浇注时，表面的温度下降较快，而混凝土内部由于强烈的水化作用，产生大量的热量，这些热量不能及时的散发出去，就会使混凝土内部的温度较高，内外温差增大，容易导致混凝土产生裂缝，因此对于混凝土的温度具有较高的要求。当前一般对骨料采用风冷降温，或者是在混凝土拌和的过程中使用补偿收缩混凝土，来有效地防止混凝土裂缝的产生。碾压混凝土坝是我国比较传统的水利工程施工项目，一般多是用高掺粉煤灰和低水泥用量，从而保证碾压混凝土坝的施工质量。
2对于土石方明挖、高边坡开挖技术的探讨随着我国水利工程建设的不断的开展，水利工程建设的规模也越来越大，这就使得水利工程建设过程当中要开挖大量的土石。
在这个过程当中，我国的水利工程土石开挖的数量和强度已经达到了世界先进的水平。
由于水利工程往往工期紧、任务重，这使得工程明挖工作需要大量的工作量以及极高的工作强度。随着挖掘深度的不断增加，往往形成高陡边坡，由于地形条件十分的复杂，经常出现各种意外事故，且在开挖的过程当中往往还有其它的施工工序同时进行，这就给开挖工作带来了极大的难度和挑战。针对这种情况，应该编制施工组织设计，对开挖工作中不同的工序以及施工人员进行科学合理的安排，从而确保开挖工作的顺利进行。
3对于大型地下工程及长隧洞开挖的探讨在目前我国地下工程建设中，有着很多已经应用的先进技术，以下对其进行介绍。第一个是岩壁吊车梁技术。它的优点在于可以取消吊车柱减少厂房开挖跨度，使工程的施工难度减少，最大的好处是节省投资。我国目前的主要施工方法是利用掘进机开挖长隧洞。它可以在提高掘进速度的同时，最大限度的减少围岩扰动，使围岩的承载能力得到最大程度的利用。
4对于堤防工程的探讨
堤防加固一直是防洪工程的重中之重，在现在科技快速发展的今天，我们应该运用先进技术为堤防加固提供先进的方法与技术。在这其中垂直防渗墙是防渗处理最有效的措施。施工方法大体可分为深搅法、置换法、挤压法和高喷法。护岸工程广泛应用铰链式混凝土沉排护岸，模袋混凝土及合金钢丝笼块石等等新技术。
5对于地基处理的探讨
伴随着工程复杂地基的建设，地基处理主要采取的是防渗帷幕灌浆。它的最新的\"灌浆强度值\"方法可以做到自动地适应了岩体地质条件的不规则性，使帷幕体总的注入浆量合理分布，效益与投资比率达到最大，取得了较好的效果。
6对于土工合成材料的探讨
土工合成材料具有反滤、排水、隔离、防渗、防护、加筋等等诸多功能。它的优点在于重量轻、施工简易、运输方便、价格低廉、料源丰富等优点。这样的合成材料可以在防洪抢险等关键时刻起到非常大的作用。
7对于系统工程在施工组织设计中应用的探讨系统工程在水利工程施工组织管理中具有非常多的应用领域，而且它的领域还会渐渐扩大。这些领域主要是以下几个方。第一个是应用于工程施工进度计划。一是有《工程网络计划技术规程》可遵循，二是有软件系统作技术支撑。第二个方面是应用于工程施工组织设计总平面布置。在实际的工程建设中，我们应用系统工程中的数学规划、图论、专家系统等方法，来解决最优总平面布置问题。第三个方面是应用于主体工程施工。在实际的水利工程建设当中，我们首先编制了相应的施工计算机模拟软件，对各坝型施工过程进行仿真模拟，这样，可以在实际施工中使各种坝型施工得到顺利的实行。
篇7
一、感知材料循环使用，激发学生的环保经验
金属材料制成的成品，需要很多的工序才能完成，为了让学生能够体会到金属制成品的来之不易，可以通过阅读材料的形式让学生了解制作的过程，并从中明白金属可以回收再利用。例如，金属的回收可以指导学生阅读“饮料罐”的故事，故事中讲到做成一个饮料罐需要经过采矿，加工成氧化铝，熔炼出铝，轧制出铝材薄皮，压成筒状罐，清洗、烘干、涂层、上漆等工序，而喝完饮料需要几分钟，扔掉只需一秒钟。听完这一段故事后，反问学生：“你们就这样忍心，把喝完的饮料罐立即扔掉吗？你们有没有更好的办法？”学生异口同声地说不能，学生想到的办法有很多，一种是主动丢到垃圾桶内，让环卫工人整理后卖到废品站；第二种是自己把饮料罐收集起来，整理后卖到废品站；第三种是可以把饮料罐做成工艺品供欣赏。这样就可以把喝掉饮料的金属罐回收。接下来可以为学生讲述饮料罐再次加工的过程，送到工厂的空铝罐经过加热熔炼后能够再制成铝材薄片，生产出新的铝罐。在学生明白了金属的再次利用后，再让学生说一说这要比开采铝土怎么样。学生回答道，这比开采铝土矿节省资源和能源。学生通过听故事、教师讲解以及自己的理解和分析，认识到铝罐的来之不易，扔掉是对劳动成果的藐视，况且铝罐可以回收再次利用，培养了学生不乱丢垃圾和分类管理垃圾的习惯，从而提升了学生的环保意识。
二、理解材料循环使用，提高学生的环保意识
本单元的教材都涉及循环使用材料，特别是金属和塑料的制成品，在使用后都要进行分类回收，以节约资源。通过塑料的回收利用，让学生明白材料也能造成污染，特别是一些自然难以分解的物品，重复利用也保护了环境。教学中通过采取不同的方法和策略，让学生体会材料循环使用的好处和重要性。
（一）让学生明白材料对环境的污染。
可以采取教师讲解或学生上网搜集的方法去了解这些材料的危害性。例如，塑料是一种从原油中提取出来的人工材料，在自然条件下不容易分解，这样就会造成严重的环境污染。学生明白了日常用的塑料袋、泡沫塑料、饮料瓶等乱丢后会造成环境污染。
（二）利用图解的方法向学生介绍塑料再利用的过程
生活中的塑料袋、泡沫塑料、饮料瓶等是可以回收重复利用的，因为它们可以反复熔化成型。在工厂里，先将它们粉碎、加热，熔化后注入模子，冷却后这些塑料就成了一件新的产品了。
（三）通过认识循环利用的标识进行分类回收
为了更好地对废弃物进行再利用，现在很多塑料用品和金属用品都是可回收再加工的，而且上面有循环利用的标识。通过在科学课中的学习，可以警示学生对废旧的物品请仔细观察是否可以回收利用，然后进行分类回收，这样可以节省资源和保护环境。
总之，让学生明白部分材料会造成环境污染，讲解再次利用的工序，认识循环利用的标识，就是让学生体会到材料循环使用的重要性。
三、实践材料循环使用，培养学生的环保能力
在本单元的教学中，可以通过不同的形式去体验材料循环利用的过程。动手实践是学生最喜欢的活动形式，造纸实验正好可以满足学生的需求。由于造纸技术相对简单，可以让学生尝试，利用废旧的纸屑重新造一张纸出来。
首先，在教师的指导下，让学生阅读教材中的图文解释，理解蔡伦的造纸术。造纸是通过割草伐木、烹煮、浸沤制浆、舂捣打浆、纸模抄纸、晾干成纸等过程完成的。
其次，在学生已经了解了造纸的方法后，用废纸去造一张纸，以体验造纸的乐趣，树立重新利用资源的信心，促进资源的节约。
造纸的材料和工具：两个杯子，废纸几张，筷子五根，小铁钉，棉布，白乳胶，钉锤等。
制作过程：①制作纸张模具，先把四根筷子首尾顺次钉在一起，然后把棉布剪成筷子围成面积的大小，并用白乳胶粘在筷子上。②把废纸切成碎片，放在杯子里，然后用水浸泡直到能够捣碎。③搅拌水中的纸屑，直到成稀浆。④将杯中的稀浆倒在纸张模具中。⑤放在太阳下晾干。
晾干的过程可以放在课外进行，到下节课进行汇报。在汇报时发现学生做的纸张的厚度和颜色不同，这时教师可以让学生探究讨论，得出纸张的厚度不同是由材料的多少和模具的大小决定的，颜色不同是由材料的颜色决定的。
通过造纸实验，学生理解了纸的循环利用，从而树立了节约资源、保护生态环境的意识。
四、探究不可循环使用材料，提升环保的实效
本单元讲到砖瓦、陶器、瓷器等物品，这些物品使用黏土烧制而成，烧制后的砖瓦、陶器、瓷器非常的坚固、耐用，同时生产的过程中需要消耗大量的黏土、煤和其他燃料，会对环境产生影响。这些烧制砖瓦、陶器、瓷器所用的材料是不可再生资源，需要和学生讲清楚，这些资源用完之后就没有了，因此我们更要珍惜。然而砖瓦，陶瓷、瓷器再利用的价值不大，该如何处理呢？经过查阅资料、实地考察和交流讨论，对于不可再生资源制成的产品再利用的价值不大这一问题，可以采取三种方法来解决：①减少这些产品的生产，保护资源。②利用其他的材料代替，例如，以前用的红砖，现在改为空心的水泥砖，不仅坚固耐用，还减轻了建筑物的重量。水泥砖使用水泥、沙、石头、煤渣等代替黏土，也不用煤烧制，这样就节约材料和成本，从而也保护了环境。再如，陶器、瓷器等具有观赏价值的，可以用塑料、金属材料或其他材料替代，这样也可以减少黏土的使用，保护了耕地。③加大对不可再利用材料的研究力度，利用科技去研究新的再利用方法，以促进资源的循环使用。
篇8
【关键词】能源 环保 关注
Use the fuel in reason and protect the living condition
Ke Aihua
【Abstract】From the 21st century, the energy sources conjuncture has restricted the development of the modern society and the environment pollution caused by reasonless use of the fuel is threatening our earth seriously. Therefore, to save, to use in reason and to develop the sources is paid close attention to by all nations. With the actualization of the standard of the new curriculum, in the entrance examination for the senior high school or technical secondary school in each place in recent years, the relation between chemistry technology and society has been paid close attention. In this paper, the writer has taken some subjects for example to show it completely.
【Keywords】Energy sources Environmental protection Attention
进入二十一世纪，能源危机严重制约着现代社会的发展，且燃料的不合理使用所造成的环境污染严重威胁着我们的地球。因而，节约能源，合理使用能源，开发新能源倍受各国关注。随着新课程标准的实施，近几年来各地的中考试题越来越关注化学技术与社会关系的考查。以下几个题目充分体现了这个特点。
例1、曙光中学课外活动兴趣小组的同学们针对家庭燃料的变迁提出相关问题与同学们进行讨论：
（1）上世纪60年代以前，我国城市家庭是以“煤球”为燃料，在冬天，时有煤气中毒事件发生，其原因可能是___________。
（2）到70年代，已用“蜂窝煤”取代了“煤球”，你认为这种变化的好处是_________。为了减少煤燃烧时对环境的污染，可将水蒸汽通过炽热的煤层制得较洁净的水煤气（主要成分是CO和H2）。煤气厂常常在家用煤气意掺入少量的有难闻气味的气体，其目的是_______。
（3）到了80年代，液化石油气和管道煤气又取代了“蜂窝煤”。煤气中主要成分燃烧的化学方程式是__________。
（4）到21世纪，由于“西气东输”，城市居民开始用上了天然气。天然气的主要成分燃烧的化学方程式是_____ ________。
（5）实验证明，同温同压下相同体积的任何气体中含有的分子数相同。燃气灶由灶体、进气管、进风管和电子开关等组成，若你家里要将燃烧煤气改为燃烧天然气，为使天然气充分燃烧就必须更换灶具，则更换的灶具与原来的灶具相比，构造上最大的区别是_________________。
解析：本题以课外活动的形式，围绕家庭燃料的变迁而展开讨论，形式新颖，需要运用多个知识点综合思考问题。（1）小题在以“煤球”为燃料的时代，我们需思考，结实的煤球燃烧是不完全的，产生CO，因此在冬天门窗紧闭时，就有煤气中毒事件发生；为避免中毒，又使燃料得到充分利用，就有小题（2），煤球变为“蜂窝煤”以增大接触面，使燃料燃烧更充分。有的城市为此开设燃气厂，它是将分散用煤改为集中供应煤气，且在煤气意掺入少量有难闻气味的气体，以便煤气泄漏时能引起人们的警觉；小题（3）CO燃烧的化学方程式和小题（4）天然气中主要成分是CH4，它们燃烧的化学方程式都不难写出；比较（3）、（4）写出的两个化学方程式，若完全燃烧分子数相同的CO和H2，所消耗的氧分子，后者是前者的四倍，因此，更换的灶具与原来的灶具相比，要扩大进风管，或者减小进气管。
例2、为了改善空气质量，太原市依托自身资源已将部分公交车的燃料由汽油改为“煤层天然气”。
（1）汽油是______加工的一种产品，而“煤层天然气”是存在于煤层中的气体，它的主要成分是甲烷，其化学式为_______。
（2）甲烷的含碳量比汽油（主要成分可表示为C8H18）_____（填“高”或“低”），容易充分燃烧，是清洁能源。为了解决能源短缺及化石燃料造成的环境问题，人们正在开发和利用的新能源有_________。（填写两种）
（3）下列能源中属于不可再生能源的一组是________。
①煤；②核燃料；③生物质能；④石油；⑤酒精
解析：石油中含有溶剂油、汽油、柴油和煤油等。根据沸点不同，可分馏得到不同的物质。通过计算可知，甲烷的含碳量比汽油低。目前人们正在开发的新能源有太阳能、地热、风能、潮汐能、氢能、核能等清洁能源。化石煤料属不可再生资源，另外核能是利用原子核的裂变和聚变释放出能量，也是不可再生能源。
答案：（1）石油，CH4；（2）低，太阳能、地热（或风能、潮汐能、氢能、核能）（合理即可）；（3）①②④。
例3、能源危机制约着社会的发展，开发和利用可再生能源是人类立足自身解决能源问题的重要举措之一。
（1）目前，煤、石油、天然气等化石燃料成为最主要的能源，它们的大量使用打破了生物圈中碳循环的平衡，使大气中______的含量迅速增加，导致全球气温升高。
（2）氢能源是我国正在开发的新能源之一。其使用的主要途径是设法构成原电池，从能量的转化的角度看，原电池是一种将_______能转化为电能的装置。
（3）我国已经全面禁用含铅汽油，推广使用乙醇汽油。乙醇汽油是在汽油中加入适量的乙醇形成的混合燃料。下列叙述错误的是（ ）
A．乙醇汽油是一种改善环境的清洁能源，使用它能减少有害气体的排放。
B．乙醇汽油是一种新型的化合物。
C．汽油是石油炼制的产品之一。
D．用玉米、薯类等发酵可以制得再生能源乙醇。
（4）我国能源生产和消费的地区差异很大。从我国东、中、西部的能源生产和消费占全面的比例来看，能源相对短缺的是东部地区。为了达到区域发展与资源间的平衡，近年来国家出台了很多政策，推出了许多重大工程建设。试举一例：___________。
（5）人类社会的不断进步必然会带来新一轮的能源革命。未来的新能源要代替煤、石油、天然气等常规的不可再生的能源，从理想的角度考虑，它必须满足许多条件，如：必须足够丰富，可以保证长期使用；必须足够便宜，可以保证多数人用得起；相关的制备、应用技术必须成熟，可以保证大规模使用等。除此以外，你认为还必须满足什么条件？试写出一条：_____________。
解析：本题是一道关于能源的综合题，考查了学生在新情境下运用所学知识解决问题的能力。本题涉及的知识点较多，抓住题给信息，结合所学知识进行分析是解题的关键。
篇9
【关键词】数字化教学；人体解剖与组织胚胎学；传统教学；教学改革
【中图分类号】R-4
0. 引言
计算机技术及网络技术的普遍使用，使人们进入数字化时代，当前数字化技术已经深入各个领域。在医学教育过程中数字化教学被逐渐采用，通过引用数字化技术在人体解剖与组织胚胎学的教学应用过程，让教学模式变得科学、合理、有效。较传统的教学方式来讲有效的改善了因课时不足或强度依赖教师的状况，创造了医学教育的新面貌。
1. 传统教学在人体解剖与组织胚胎学教学过程中存在的不足
1.1课堂教学标本短缺
传统的人体解剖与组织胚胎学的教学方式，主要是以课堂讲解为主，结合相应的结构图形、实验标本及解剖标本的辅助工具等多种元素进行辅助教学，然后通过对教学尸体的解剖加强学生的理解能力。在人体解剖教学过程中尸体标本是必不可少的教学工具，然而因尸体标本数量有限，大多数医学院校的教学尸体标本严重缺乏，因此教学尸体标本供应不足严重影响了人体解剖学的教学质量。
1.2实体教学标本的处理对学生健康状况的影响
实体教学标本在进入课堂前，要经过多道程序来进行甲醛处理，处理后的标本携带大量致癌性物质甲醛，因甲醛是一种刺激性强且易挥发的有害物质，老师和同学在课堂标本操作过程中不断吸入大量的甲醛，对学生及老师的身体健康产生了严重威胁。部分学生或老师还会因承受不了甲醛刺鼻气味，在进行标本演示时选择远离标本，或因气味太强而无法全身心的投入到课堂操作过程中，这些因素对教学质量的提高产生了严重的影响【2】。
1.3造成不可逆转的资源破坏
在传统教学过程中，由于学生缺乏对人体整体结构的全方位了解，造成学生在操作过程中进行盲目切割，不但达不到教学目的，还破坏了教学标本，导致教学标本无法重复利用，对不可再生资源造成不可逆转的破坏。
2.数字化教学在人体解剖与组织胚胎学教学应用中的优势
2.1在全面了解人体结构的过程中提高学习效率
在数字化课堂教学过程中，通过虚拟的人体二维及三维图像，可以让学生从不同角度全方位的了解人体不同部位的结构状况，还可以将不同的结构图形进行放大、旋转、平移、分离、组合等不同的操作，让学生更加清晰的了解各个器官组织的空间结构，通过对整体与局部的比较分析，从而增强学生对人体各个组成部分的认知【2】。有效的减少了在教学尸体解剖过程中，甲醛对老师和学生身体健康造成的健康威胁，在一定程度上提高了教学质量。
2.2解教学尸体标本短缺，减少资源的浪费
利用数字化技术展现虚拟的人体，不但可以将人体结构精确、直观的展现在学生面前，还可以有效的缓解教学尸体标本的短缺问题，通过数字化虚拟人体，根据课堂要求将虚拟人体进行切割成图形，通过立体、动态等不同形式展现切割图形，从而提高学生的理解能力。虚拟人体无论在结构图的清晰程度、展现角度、器官组织的空间位置、内部结构等不同方面【3】，与教学尸体标本相比都有过之而无不及，从而有效的缓解了教学尸体标本的短缺问题。与此同时，学生通过对数字化技术虚拟人体的课堂学习，清楚的了解人体基本结构，在实验课堂尸体解剖操作过程中，可以进行准确的切割，对不可再生资源进行重复利用，从而减少资源的浪费，缓解标本资源紧缺现象。
3.数字化人体组织胚胎学教学切片库的应用对教学影响
3.1数字化人体组织胚胎学教学切片库的应用与传统教学实验室的对比
组织切片学在传统的教学过程中受到较多的限制：首先对于玻璃切片的制作过程相对繁琐，由于玻璃属于易碎品，所以在保存的过程的容易被损坏；对于需要特殊染色切片的标本，在保存过程中因自然环境的影响，造成不可避免的退色，给学生及老师造成观测困难，甚至会在一定程度上误导学生，其次学生观察切片标本必须在标本实验室或实验课进行，因要想对组织的结构观察细致，就必须依靠专门的观察工具显微镜进行观察，这对学生在时间和空间上产生了极大的限制。再次多数切片显示的只是某个器官或细胞，学生通过显微镜不能快速准确的找到所学结构点，在一定程度上严重的影响了学习效率。通过数字化教学切片库进行组织学观察【4】，老师通过数字化技术可以快速进入教学主题，学生也可以快速准确的找到所学组织结构点，在一定程度上提高学习的积极性，进而提高学生的学习效率。
3.2充分利用稀有标本，实现资源共享
由于医学院校实验室的标本都是珍贵的教学标本，学生观察这些标本受到实验室开放时间及容量限制，无法进行经常性观察。因此通过多媒体数字化技术【5】，将这些珍贵标本制作成图形库并上传共享，方便学生在不同时间不同地点都能够随时学习。
数字化技术教学综合了图像、动漫、音频、视频等多种元素，通过不同方式提高学生的学习效率，学生不再受时间及地点的限制，可根据自身状况选择自学进度，不但培养了学生自学的能力，还方便学生对已学知识的自我检测。
结语
数字化技术在人体解剖与组织胚胎学教学过程的应用，不但提高了学生的学习效率，还拓展了学生的知识面，丰富了学生的课堂学习，进而培养出具有创新意识的复合型人才。
【参考文献】
[1]于晶.高职高专护理专业《人体解剖学》与《组织胚胎学》教学方法改进[J].齐鲁护理杂志，.2011（24）
[2]催颜宏，吕会茹，秦万生等.针对专业特色进行人体解剖学与组织胚胎学教学之体会[J].临床合理用药杂志.2012（5）
[3]李海艳.人体解剖教学中多媒体课件的制作和运用研究[J]. 新校园（上旬）. 2015 （12）
篇10
2010年9月，默克尔政府召开新闻会宣布，在经过近12个小时的磋商后，执政联盟高层在…项着眼于2050年的新能源计划上达成了一致。这一举动无疑向世界表态，面对气候变化和能源危机，德国已经在行动。
率先迈出石油时代?
地球距离石油枯竭还有多远?地质学家和经济学家预测说，40年。但或许更长也或许更短。没有人知道确切的答案。但确切的是，石油作为不可再生资源，这一天迟早会降临。
石油输出国组织“欧佩克”的创建者之一，沙特阿拉伯前石油部长亚曼尼说：“正如石器时代的终结不是因为没石头了一样，石油时代的终结也不会以石油枯竭为标志。”当人类能够找到更好的替代能源及能源解决方案时，石油或许真的会从独n目退隐大合唱之列。而无论是面对能源危机还是应对气候变化，绿色能源和可再生能源都显示出了巨大的潜力。
众所周知，全球三分之二的温室气体排放源自于能源利用。能源利用既是引发气候变化的主因，又是应对气候变化的关键。作为全球应对气候变化的先锋，德国一直非常重视通过能源政策，推动全社会节约能源、提高能效和使用可再生能源，从而积极应对气候变化，并取得良好的环境经济效益。
默克尔政府这个雄心勃勃的绿色能源计划草案，声称要以此掀起全球的绿色能源革命。新计划延长了德国核电站运营期限，并规划到2050年可再生能源发电量达到电力消耗总量的80％。此计划历经数月激辩，可谓千呼万唤始出来。一般认为，它是德国减缓气候变化能源政策的重要一笔。
根据草案中的总体规划，这一目标将分三个阶段实现。2020年，可再生能源的发电量将占德国电力消耗总量的35％，至2030年这_。比例应达到50％，并最终于2050年达到占80％的目标。
尽管清洁的可再生能源在国内生产和生活中的角色分担将越来越大，但是否意味着传统能源将就此退出历史舞台呢?默克尔表示，在一段时期内，传统能源还将起着桥梁般的过渡作用。
传统能源惹争议
新能源计划声称要发动一场绿色革命，但是传统能源并不会因此消失，核能及煤炭也在这一揽子计划当中。在长达39页的能源计划草案中，核能虽然仅占了一页的内容，但却引来了最多的争议。
默克尔领导的中执政联盟决定推迟淘汰分布于德国的17个核电站，使得它们的平均寿命延长了12年，直到2021年后还将继续使用。1981年前投产的核电站寿命将延长8年，较新的反应堆寿命延长14年。而根据前届施罗德政府在2002年的决定，2021年前所有核反应堆都将被关闭。
默克尔政府作出决定确认核电的“过渡性能源”地位，立即遭到各界批评，引发柏林十万人反核游行示威。包括绿党在内的反对党、民间组织以及绿色环保主义者都对这项政策进行了猛烈抨击。舆论焦点主要集中在核废料处理及核电的利益分配上。除了担忧核污染，人们认为，这样的政策只是让大型能源企业受益，对民众没好处。
默克尔政府对这一决定的解释是，电力生产的成本不能太高，不能让人民无法负担。而核反应堆将使电力价格保持相对稳定。此外，2011年至2016年，德国核电企业每年也将缴纳23亿欧元的税金。
然而这一解释似乎很难令作为消费者的民众满意。因为在德国，电价是由莱比锡欧洲能源交易所决定，而核能在其中几乎没有扮演任何角色。市场价格是由发电站任意刚‘间段的各种成本决定，这通常是指燃气发电站，因为只有这类电站能够灵活调整其产量，而且燃料成本较高。相对于天然气，核电的成本则低廉得多。但是这并不会反映在最终电价上。决定电价的是昂贵的燃气发电站。这意味着，能源公司能将市场电价和核电真正成本之间的差价揣入囊中。
此外，默克尔政府也还没有放弃煤炭的打算。草案计划用欧盟气候和能源发展计划提供的资金补贴煤电站的建设，但前提是这些新建的电站必须将排放的二氧化碳收集起来，储存到地下。政府计划在2020年前建造两座具备二氧化碳捕获与封存技术(CCS)的实验电站，并计划于2017年检验这一技术是否符合环境和经济利益。如果可行，德国公司会将CCS技术出口到其他国家。
虽然核电站寿命的延长确实能给大能源公司带来利益，但据2010年8月德国政府出资的一项研究结果，如果不使用核能，德国设定的在2050年将二氧化碳排放量比1990年水平削减80％的目标就无法实现。
核反应堆属于能源经济三个部门中的能源电力生产，与另外两个供暖及交通部门并无关系。因此，家庭能源消耗中只有1/5为核能，煤电依然占家庭能源消耗的一半。
安吉拉默克尔公布的能源计划草案不仅仅关于核能、煤炭等传统能源，它为德国如何过渡到绿色能源的新时代提供了蓝图。
绿色新能源新时代
在草案的剩余页面上，政府提出要在北海修建巨大的离岸风力发电场，以及生物燃料在未来能源生产中的重要作用。同时还提出了一些建议，鼓励居民改进家庭隔热条件、鼓励工厂提高能源效率、鼓励电动车的研发和推广，并设想在欧洲建立超级电网。在电动汽车、智能电网等领域，执政联盟已经启动了发展计划。
在可再生能源领域，德国已经走在了前列。现在面对中国、美国等强有力的对手，德国政府决定加快发展步伐，通过政府施压的方式促进技术革新和削减成本。
风能这一领域对德国未来能源供给至关重要。政府计划援助陆地和海上风力电场的迅速发展。计划在2030年之前将海上风力发电能力增加到250亿瓦，根据估算这需要投资750亿欧元。由于这是一项相对较新的技术，投资风险很难预料。德国复兴信贷银行将计划提供的50亿欧元低利率贷款用于建造前期10个海上风力发电场。
政府还考虑对海上风电场实施固定入网电价政策，以刺激对该领域的投资。此外，为了防止能源公司长期占据海上空间，却迟迟不开始新风电场的建设，海上建设的相关法规也会进行修改。
对于陆地上的风力电场，默克尔政府希望淘汰小的旧的风力涡轮发电机，用新的更高效的技术取而代之。当然，这一切还需要修改建筑规划法，提高公众对风电的接受程度。
发展生物能被认为是德国新能源计划的关键。生物燃料容易储存，在没有风和阳光的情况下能方便地转化为电力，可平衡电力生产的季节性波动。此外，生物能还可以被用于供暖和驱动汽车。
默克尔政府计划增加生物燃料的生产。由于德国用于种植必需原材料的空间有限，政府计划增加生物燃料的进口。但前提是，进口燃料的生产过程必须符合可持续发展原则。比如说，如果为了种植生产燃料的作物(比如玉米)而砍伐了一片森林，那么，必须在其他地方种植新的树林予以补偿。草案
还主张更多地将生物燃料用于供暖。但前提是，燃料原料提供商必须提高自身的能源效率。
在太阳能方面草案说得尤其含糊，但最近削减太阳能发电的固定入网价格的举措得到赞赏。草案称之为防止对该领域过多补助的重要一步，但并没有说明要多大程度上削减政府补助。根据德国环境目前估计，到2020年，太阳能发电量将增加510亿瓦。而根据一些非政府机构估计，增长幅度只有约330亿瓦。
智能电网与能源消费
要增加可再生能源的利用就必须升级电网。新电网技术将平衡风能和太阳能的产量波动。德国政府计划在2011年设计出Target Grid 2050(目标电网2050)的概念，并打算从至少三个方面加速电网改造。
建设南北输电线是当务之急，用于将北部的风电运往西部和南部城市。若没有这样的电力高速路，投入北海离岸风电场的几十亿欧元则将失去意义。德国电网还必须更好地与欧洲超级电网连接，使得多余的德国电力可以被储存到挪威或阿尔卑斯的水电站。德国还需要一个能够自动及时平衡能源产量过剩和短缺的智能电网，这样才能有效利用分布在全国的几十万台家庭太阳能发电机和小型燃气发电机。
可再生能源比例的增加必须与新能源储存技术的发展携手前进，唯有这样才能在电力生产长期波动的情况下确保稳定能源供应。草案列举了四个需要改进的核心领域，包括扩充德国抽水蓄能水电站的容量，增加对外国――尤其是挪威和阿尔卑斯山地区――抽水蓄能水电站的利用，鼓励对生物燃料的投资，用于弥补风电和太阳能发电的产量波动，以及协助能源储存技术的发展，比如氢气储存技术、电动车电池技术和压缩空气储能技术，政府将采取补贴和其他鼓励投资的刺激政策。
在开源建网的同时，默克尔政府还希望通过提供财政刺激、信息、建议等方式鼓励公司和消费者发挥其巨大的节能潜力。
建筑物耗能占德国总能耗的40％，而建筑物排放的二氧化碳占碳排放总量的1/3。相当一部分建筑非常老旧，不符合上世纪70年代制定的节能要求。因此要改造老建筑，减少能耗和暖气使用是一项浩大工程。
默克尔政府希望在2050年前，所有德国建筑均经过改造达到新的隔热标准，并在2020年前使供暧耗能减少20％，到2050年减少80％，此外，可再生能源将在其中占据更大比例，比如说，通过太阳能取暖。
最近的研究显示，仅仅通过提高能源效率，德国每年就能节省100亿欧元。德国政府一直对提高企业能源效率的节能系统寄予厚望。新能源计划也不例外。从2013年开始，只有作出节能贡献的公司才能享受能源税的减免。
交通也是能耗的一大单位。2010年5月，默克尔政府即公布了电动车发展计划，预备在2020年前使德国公路上行驶的电动车数量增加到100万辆，2030年增加到500万辆。为达到这一目标，政府打算于2011年实施新车辆登记制度，赋予驾驶电动车的人优待，比如免费停车、允许使用公交车道等。
据估计，到2040年，当电动车和混合动力汽车市场份额达到80％之后，车辆排放的二氧化碳可从目前的每公里160克减少到35克。
昂贵的梦想?
人类碳减排的脚步从哥本哈根一路走到坎昆，南北分歧依然难以弥补，减排这股劲似乎总是很难拧到一股绳儿里去。全球温室气体排放谈判呈现群龙无首、各行其是的局面。主张积极应对气候问题的旗手和强硬派欧盟，它为了全球气候变化，二三十年来付出了巨大的努力，起到了表率作用，是推进气候谈判最坚决的支持方。
作为欧盟的主心骨之一，德国也一直是保护环境、应对气候变化的积极响应者和践行者。在经济发展、能源利用与气候变化保护上，德国是成绩与不足并存，希望与挑战同在。
从德国能源利用的变化趋势来看，其可再生能源发展迅速，能效也在不断提高。2007年德国的能源消费量较上世纪90年代初期减少了6.1％，而同期经济却增长了30％。由于德国的经济增长与能源消费增长基本脱钩，德国的温室气体排放量迅速减少。2008年，德国温室气体排放量为9.45亿吨，较1990年的排放量减少了22.2％，在2008年至2012年承诺期的首年就超额完成了《京都议定书》整个承诺期21％的任务。
然而，德国在取得能源利用和气候变化保护良好成绩的同时，也面临着全球能源需求持续增长、气候变化合作止步不前带来的巨大挑战。全球气候谈判经历山重水复的艰辛，何时才能柳暗花明的悬念似乎还得留给下一站。
