环境治理与可持续发展:保生态,期未来——2019年世界科技发展回顾

2020-01-06 16:50:49 来源: 科技日报 作者: 国际部记者

美国

刘海英(本报驻美国记者)

研究警示全球环境面临危机

多项成果助人类可持续发展

2019年,美国科学家发出预警,地球在20年前就已停止变绿,全球大河仅1/3可自由奔流,亚马孙雨林能吸收的碳量在逐渐减少,喜马拉雅山脉冰川融化速度却正在加快。如果对气候变暖趋势不加遏制,美国科学家给出预测:到2070年,地球所有珊瑚礁可能将消失;到2100年,全球人均国内生产总值将因气候影响而降低7.22%;整个21世纪或成为一个真菌疾病不断涌现的时代,过去“百年一遇”洪水或不到30年就来一次,而千年之后,格陵兰岛会成为一个无冰岛屿……

这些看似耸人听闻的研究结论提出警示,我们生存的环境正面临着越来越多的威胁。

在发声示警的同时,美国科学家也不遗余力,希望通过科学研究来推动环境治理,维系可持续发展道路。他们提出了看似违反常理但实则有利可图的解决方案——将甲烷转化为二氧化碳;给出了制定科学应对政策的新支点——阳光降解聚苯乙烯的速度远快于此前预期;开发出了新的工艺、新的材料,作为未来可持续发展道路的支撑。

在新工艺方面,斯坦福大学的新型耐腐蚀制氢方案,可大幅降低海水制氢成本,提高效率;华盛顿大学的废塑料处理新工艺,能将日常塑料废物转化为喷气燃料,变废为宝;爱达荷国家实验室的稀土元素提取新工艺,可从工业废弃物磷石膏中提取稀土元素,经济上可行,环境危害也很小。

在新材料方面,哥伦比亚大学开发的分子内单线态裂变材料,可有效提高太阳能电池效率;加州大学洛杉矶分校开发的“向日葵”材料,解决了“人工向光性”难题,可用来提高太阳能设备的效率;斯坦福大学开发的同时具有三种属性的半导体材料,可拉伸,可完全降解,并能在应变时保持稳定电气性能,有望在环境监测方面大展身手。

日本

陈超(本报驻日本记者)

有望实现低成本制氢

可再生能源成效显著

2019年,日本物质材料研究机构(NIMS)与东京大学和广岛大学合作,对光伏发电和蓄电池的制氢系统进行了技术经济效益评估,确认了具备国际价格竞争力的低成本制氢所需的技术水平,在使可再生能源成为主力电源的技术开发中,此次的成果可作为重要指南。研究小组设计了根据光伏发电量,调整蓄电池的充放电量和水电解制氢量的综合系统,评估了其技术经济效益,通过综合考虑将来的技术改良,并全面调查蓄电池和水电解装置的容量等,确定了低成本制氢所需的技术水平。通过开发2030年前后完全可能研制出实用化的、放电较慢但成本低廉的蓄电池,日本有望实现每立方米为17-27日元(约1.04-1.64元人民币)的制氢成本。

日本九州市立大学的研究小组开发出温室环境下利用低能量可见光,只需一个步骤即可实现从甲烷(CH4)转换为乙烷(C2H6)和氢气(H2)的新型光电化学反应过程。通过施加电场,光激发电子和空穴的再结合被抑制,与传统的光催化反应方法相比,量子效率大幅度提高,首次实现了室温下使用可见光能源制造氢气。

日本中部大学开发出了用于固体氧化物型燃料电池(SOFC)电极的新型空气极材料,SOFC作为家用燃料电池系统“ENE-FARM”正逐渐普及,工作温度约为750℃。随着工作温度降低,启动性也得到提高,所以移动体也可以使用,可考虑应用于飞机的辅助电源(APU)和EV的增程发动机。

日本的新能源产业技术综合开发机构(NEDO)与东京大学和信州大学等合作,首次开发出了利用可见光将水分解成氢气和氧气的酸性硫化物光催化剂。此次开发的催化剂为微颗粒状将来制作大面积光催化剂片材时,方便应用喷涂法等简单工艺。如果能将酸性硫化物半导体材料作为光催化剂用于水分解反应,就有望实现低成本的制氢工艺。


英国伦敦市中心交通拥堵收费路段标识。图源:新华/路透

英国

田学科(本报驻英国记者)

多举措强化空气治理

应对气候变化动真格

2019年,英国科学家在保护环境、构建更美好社会方面贡献出自己的智慧。6月12日,时任英国首相特蕾莎·梅宣称,英国将在2050年实现温室气体零排放的终极目标,以改善公共卫生、空气质量和保持生物多样性。随后这一决议得到国会立法通过,成为世界上第一个为零排放立法的主要发达国家。约翰逊政府进一步确定了应对气候的政策方向,并准备通过关键经济部门采取应对气候变化的具体行动。

英国2019年提出进一步减少二氧化氮的具体措施。按照报告的计划,英国政府将对2015年之前生产的柴油车加征高额排污费。该规定的实施,使得伦敦成为欧洲乃至世界对汽车尾气排放要求最为严格的城市。

“伦敦呼吸”计划作为C40城市气候领导联盟空气质量网络的第一项举措,于2017年12月宣布实施,2018年11月开始在大伦敦地区采集数据。目前,伦敦地区已安装了固定空气监测传感器100多个。“伦敦呼吸”计划安装更多的固定和移动空气质量监测仪,以实时、立体地监测空气质量和污染来源。伦敦市长萨迪克·汗宣称,伦敦启动了世界上最先进、最全面的空气质量监测网,以帮助调查和改善伦敦的有毒空气。“伦敦呼吸”不仅提供城市空气污染状况,而且增强了识别整个城市空气排放主要源点的能力,无论这些源点在城市的哪个角落。

2019年4月8日,伦敦在市中心一区地带划出的永久性车辆尾气超低排放区开始生效,对尾气排放不合格车辆征收每车每天12.5英镑的收费。这意味着,预计每天约4万辆机动车未来进入伦敦市中心除了要缴纳拥堵费以外,还要缴纳一笔排放费。

伦敦目前依靠的是一个有150年历史的排水系统,修建它时伦敦人口不到现在的一半。结果,现在每年有数百万吨未经处理的污水流入泰晤士河。在2007年3月政府批准了伦敦潮汐隧道的计划,以减少未经处理的污水排放到泰晤士河及其支流李河的影响。这条正在建造的河底隧道长度为25公里,可以防止每年数百万吨污水溢入泰晤士河。

伦敦下水道网络扩建工程于2024年完工,目前正在伦敦24个地点加紧施工,至2019年底,第一阶段超级下水道已经完工,修建的隧道长度超过10公里。

2019年8月,研究人员通过卫星观测发现,在位于热带地区的北非,二氧化碳排放量比之前预计的更多,热带地区“意外”成了地球温室气体的排放源。

2019年11月,帝国理工学院的研究人员发现,随着细菌不断适应更高温度,它们会加快呼吸速度,释放出更多碳,从而加速全球气候变化,这一发现将有利于构建更准确地全球气候变化模型。此外,科学家的研究揭示,地球系统正发生不可逆变化,标志着地球进入一种“紧急状态”。而且,证据表明,西南极冰原和亚马孙雨林缩减等临界点出现的可能性,或许比人们之前预期的更大。

南极也是英国科学家2019年关注的重点。为厘清南极洲何时被覆盖于冰川之下,年初,英美两国科学家携手,在拉特福德冰川连续钻探63小时,下探到2152米的深度。10月,英国南极观测局科学家研究一份跨越6000年的冰川记录后发现,由于南半球环状模发生变化等原因,南极半岛东部冰架几百年来一直在加速变薄,这或将导致南极冰架坍塌,使南极半岛东部西风变强、大气变暖以及冰架消融,并可能导致未来冰川面积加速减少。


俄罗斯首座浮动核电站“罗蒙诺索夫院士”号。图源:俄罗斯卫星通讯社

俄罗斯

董映璧(本报驻俄罗斯记者)

建成世界首座浮动核电站

研发废弃油田再利用技术

2019年,俄罗斯最大的亮点是建成了世界首座浮动核电站“罗蒙诺索夫院士”号。8月23日,“罗蒙诺索夫院士”号浮动核电站从俄西北部摩尔曼斯克港起航,9月9日抵达俄远东地区楚科奇自治区的佩韦克港。其主要功能是为俄极其偏远地区的工厂、城市及海上天然气、石油钻井平台提供电能。

浮动核电站是用于生产核电的船舶,就是一座建造在船上的核电站。承载浮动核电站的船是一艘长144米、宽30米的驳船,在驳船上搭载了两座35兆瓦核反应堆。2019年4月,俄国家原子能公司已完成对“罗蒙诺索夫院士”号浮动核电站核能装置试验,其1号和2号机组反应堆顺利完成满功率运行试验,核电站主设备、辅助设备以及自动化工艺过程控制系统都可稳定运行。目前,保证“罗蒙诺索夫院士”号浮动核电站正常工作所需的水面和岸上基础设施正在佩韦克港积极兴建。按计划,这座浮动核电站于2019年12月开始发电并接入楚科奇自治区电网。

俄罗斯秋明国立大学将物理化学开采方法与微乳液驱油技术相结合,开发出一种从废弃的油田中开采石油的方法。微乳液驱油依靠的是重量和黏度,是当今最有效的驱油技术,微乳液比石油重,不与之混合,驱油时会把石油推到表面。

俄农业科学院全俄农业机械化研究所制造出一个能自动使用能量集中器和太阳跟踪系统的太阳能电站。该太阳能电站将太阳辐射转化成电能和热能的效率比俄罗斯及国外同类产品高50%,它可以多产生超过50%-70%的热能及30%的电能,该电站可用于家庭或小型农场。

法国

李宏策(本报驻法国记者)

注重生态保护研究

坚持绿色发展之路

法国国家科学研究中心伍兹霍尔海洋研究所的一项最新研究指出,小丑鱼和其栖息地将因为无法适应海洋温度上升而大幅消失。研究指出,提供小丑鱼栖息地的海葵质量对其生存和繁殖种群的能力做出了重大贡献。而海葵及寄居的小丑鱼都依靠珊瑚生存,珊瑚正受到海洋变暖以及污染等威胁,小丑鱼无法对此做出迅速调节或面临灭绝。

农业方面,法国国家食品环境及劳动安全管理局对“抗除草剂农作物的变种”可能引起的风险发出警报。这类变种可能使得农田里的杂草增强抗除草剂的耐受性,因而导致农药的使用量增加。

在应对气候变化方面,法国总统于2019年11月对中国进行国事访问,双方共同发布《中法关系行动计划》,明确声明在气候变化巴黎大会和筹备2019年9月23日联合国气候行动峰会所取得的经验基础上,中法两国决心继续在应对气候变暖和保护生物多样性方面开展合作,特别是着眼于2020年将在昆明召开的《联合国生物多样性公约》第15次缔约方大会开展合作。为此,两国通过了《中法生物多样性保护和气候变化北京倡议》,并对启动关于2020年后全球生物多样性框架的共同对话表示欢迎。

可再生能源方面,法国政府于2019年初制定中长期能源规划,到2028年底,法国可再生能源发电装机容量将较当前水平翻四番,新增装机主要来自风电和太阳能。其中,太阳能光伏装机预计达35.6至44.5吉瓦,陆上风电装机预计达34.1至35.6吉瓦。为配合实现这一目标,法国电力集团EDF明确了新的可再生能源发展计划:从2020年起每年开发约10亿瓦的太阳能发电能力,到2035年完成约300亿瓦的太阳能发电能力。


德国太阳能、风能和其它可再生能源的发电量创新记录。图源:ecowatch.com

德国

李山(本报驻德国记者)

促研发应对气候变化

推动可再生能源发展

2019年,应对气候变化是德国最热的议题之一,默克尔主导的“气候内阁”达成了“退煤”共识,通过了扶持退煤地区发展的《结构强化法》草案,推动欧盟到2050年实现气候中和的目标,并出台了德国的《气候保护计划2030》。该计划目标是2030年温室气体排放比1990年减少55%,包括为二氧化碳排放定价、鼓励建筑节能改造、资助相关科研等诸多措施,涵盖能源、交通、建筑、农业等多个领域。

为了实现应对气候变化目标,德国从3个方面加强研发:一是加强氢能研究,推出氢能战略。二是加强德国的电池生产。投入10亿欧元在德国多地促进电池生产。顶层设计“电池研发工厂”支持德国在整个电池价值链中扩展能力和技术。三是加强二氧化碳的储存和使用研发。此外,德国还批准了“气候保护科学平台2050”计划。新平台将为向“无二氧化碳”经济和社会过渡提供科学基础和技术知识。

环保方面,为了避免塑料的过度使用,德国教研部与五个联邦部门合作共同提供了多样化的政策措施。包括资助研究环境中的塑料解决方案,促进生物经济中生物基塑料的研发等。联邦教研部推出新的“生物多样性保护研究倡议”,未来几年将提供2亿欧元,推动生物多样性研究和制定系统解决方案。

可再生能源领域,2019年前3季度德国风能和太阳能等可再生能源在电力总消费中占比达42.9%,同比增长近5%。太阳能方面,德国政府已将目标提升为到2030年实现98吉瓦产能,约为目前光伏发电装机容量的两倍。巴登-符腾堡电力公司将在柏林附近建设德国最大的太阳能园区,预计装机容量超过180兆瓦。风能方面,由于国际市场竞争加剧,2019年德国新增风电装机大幅下降至20年来最低水平,德国作为欧洲最大风电市场的时代已一去不返。

氢能和燃料电池方面,德国联邦交通部选定9个地区,拟通过帮助地区制定合适的氢能发展规划,建立多方共同参与的发展网络,将其打造成为德国的“氢示范区”。着眼于未来的工业标准,德国六大研究机构联合开发燃料电池的标准化物理参数测量方法,以便集成应用并进一步实现规模化和市场化,为燃料电池技术发展铺平道路。

乌克兰

张浩(本报驻乌克兰记者)

购远洋科研破冰船

增强南极科考能力

2019年10月,乌克兰科学家玛丽亚·巴夫洛夫斯卡亚获得了南极研究委员会15000美元的科学研究奖金,她在乌克兰的“维尔纳茨基院士”科考站从事南极细菌与南大洋微藻之间的生物地球化学相互作用,她的研究成果将有助于更好地理解二氧化碳在海洋中的结合和释放以及气候变化过程的生物学机制。

在玛丽亚·巴夫洛夫斯卡亚获奖的同时,乌克兰的南极科考在2019年还收到了一份大礼。11月20日,乌克兰内阁做出决定将拨款2.52亿格里夫纳购买一艘用于科研的远洋破冰船。这项计划将意味着乌克兰海洋科学考察船队的复兴。预计购船相关事项将会在短期内完成。乌克兰教育和科学部部长安娜·诺沃萨德12月初透露,乌方正在筹备极地研究计划,第一艘悬挂乌克兰国旗的远洋科考破冰船有望在2020年进入极地地区。

乌克兰自1996年起在南极设有“维尔纳茨基院士”科考站,但由于受经费制约,长期以来该考察站的运行和维护困难重重。该国最近一次独立的南极科考还是在2000年至2001年,距今已经过去了近20年。此前乌克兰的南极科考都是通过租用外国船只实现,缺乏稳定成熟的“浮动实验室”。此次乌克兰内阁的购船决定做出后,乌克兰将恢复对南极的科学考察,并将增强在南极科考方面的科研能力。

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责任编辑: 左常睿
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