【對《甲烷》、《碳排放》、《太陽能》的基本認知】 

《甲烷》

甲烷（化學式：CH4；英文：Methane），是結構最簡單的烷類，由一個碳原子以及四個氫原子組成。它是最簡單的烴類也是天然氣的主要成分。甲烷在地球上有很高的相對豐度，使之成為很有發展潛力的一種燃料，但在標準狀態下收集以及存儲氣態的甲烷是一個十分有挑戰性的課題。

在自然狀態下，甲烷可以在地底下或者海底找到，而大氣中也含有甲烷，這些甲烷稱為大氣甲烷。在原始大氣中，甲烷是主要成分之一。自1750年以來，地球大氣中的甲烷濃度增加了約150％，造成的全球暖化效應並佔總長壽命輻射以及全球所有溫室氣體的20％（不包括水蒸氣）。在太空中，不少星體的表面和大氣中也有甲烷。

甲烷的結構是由一個碳和四個氫原子透過sp3混成的方式化合而成，並且是所有烴類物質中，含碳量最小，且含氫量最大的碳氫化合物，因此甲烷分子的分子結構是一個正四面體的結構，碳大約位於該正四面體的幾何中心，氫位於其四個頂點，且四個碳氫鍵的鍵的鍵角相等、鍵長等長。標準狀態下的甲烷是一種無色無味的氣體。一些有機物在缺氧情況下分解時所產生的沼氣其實就是甲烷。

1776年11月，義大利物理學家亞歷山卓·伏打(Alessandro Volta, 1745年2月18日－1827年3月5日)根據班傑明·富蘭克林（Benjamin Franklin 1706年1月17日－1790年4月17日）關於「可燃空氣」的論文，在瑞士的馬焦雷湖(Lago Maggiore)中發現了甲烷。伏打在沼澤中收集冒出來的的甲烷，直到1778年成功分離出純的甲烷氣體，他還利用電火花裝置成功點燃甲烷氣體確定了甲烷的可燃性。

甲烷是一種四面體分子，並且有四個等價的碳氫鍵。其分子結構是由碳跟氫的價軌域重疊所形成的分子軌域構成，最低能量的分子軌域為的2s軌域上的碳與同相組合的1s軌域上的四個氫原子的重疊的結果，而能量稍微高一點的由三個分子軌域重疊的結果，即氫原子的一個s軌域電子和三個碳原子的p軌域電子重疊形成一個σ軌域，更精確的說法是，發生混成而形成了sp3混成軌域。這種化合方式與實際觀測到的甲烷光譜吻合。

常溫常壓下的甲烷是一種無色無味的氣體。家用天然氣的特殊味道，是為了安全而添加的人工氣味，通常是使用甲硫醇或乙硫醇。在一大氣壓力的環境中，甲烷的沸點是−161 °C。甲烷是一種十分容易閃燃甚至會爆炸的氣體，只要空氣中甲烷含量在4.4-17％的範圍內就很容易起火或爆炸。

目前已知有九種不同的固態甲烷晶體結構。若在常壓下將甲烷降至甲烷的冰點會形成甲烷一（英語：methane I）的晶體結構，這種晶體結構屬於立方晶系，空間群為Fm3m。由於氫原子的位置在甲烷一晶格中是不固定的，即甲烷分子可以自由轉動。因此，它是一個可塑性晶體。

甲烷是天然氣的主要成分，約佔了87%，液化的甲烷不會燃燒，除非在高壓的環境中（通常是4～5大氣壓力）。

甲烷並非毒氣；然而，其具有高度的易燃性，和空氣混合時也可能造成爆炸。甲烷和氧化劑、鹵素或部份含鹵素之化合物接觸會有極為猛烈的反應。甲烷同時也是一種窒息氣體，在密閉空間內可能會取代氧氣。若氧氣被甲烷取代後含量低於19.5%時可能導致窒息。當有建築物位於垃圾掩埋場附近時，甲烷可能會滲透入建築物內部，讓建物內的居民暴露在高含量的甲烷之中。某些建築物在地下室設有特別的回復系統，會主動捕捉甲烷，並將之排出至建築物外。

甲烷是天然氣的最主要成分，是很重要的燃料；同時也是溫室氣體：其全球變暖潛能為21（即它的暖化能力比二氧化碳高二十一倍）。主要來源有：

1.有機廢物的分解

2.天然源頭（如沼澤）：23%

3.從化石燃料中提取：20%

4.動物（如牛）的消化過程：17%

5.稻田之中的細菌：12%

6.生物物質缺氧加熱或燃燒

7.牛隻打嗝

實驗室常用醋酸鈉與鹼石灰共熱製取甲烷：

CH3COONa + NaOH → CH4↑ + Na2CO3

甲烷主要化學反應是：燃燒、蒸汽重整合成氣、以及鹵化反應。在一般情況下，甲烷的反應是很難控制。甲烷可以氧化成甲醇，但一般來說要完成這個化學反應時十分困難的，因為在一般情況下甲烷的氧化反應產物通常是二氧化碳與水，即使氧氣不足也很難產生甲醇。但是若在酵素的協助下就能輕易地完成此氧化反應，例如甲烷單加氧酶，但產量無法達到工業生產的規模。

由於甲烷中碳原子與氫原子間的化學鍵為較穩定的σ鍵，化學性質比較穩定，因此甲烷能參與的反應較其他有機物少。

甲烷的燃燒熱約為 55.5 MJ/kg。甲烷的燃燒是一個多步反應。

甲烷在隔絕空氣的條件下加熱到將近1000℃，就開始分解；加熱時間較長，到1500℃左右，分解接近完全。

當甲烷與氯在黑暗中混合時，兩者不會產生化學反應，如果把混合物加熱或以紫外光照射，反應（取代反應）就會發生。

反應的產物含有此四種氯化甲烷，由上至下四種產物名稱分別為：一氯甲烷，二氯甲烷，三氯甲烷，四氯甲烷（四氯化碳），四者的比例視甲烷與氯的比例。

甲烷可與溴產生類似反應。甲烷與氟的反應十分猛烈，如果先用稀有氣體稀釋兩者才在特定的儀器內進行反應，也可得出類似反應。甲烷與碘不會直接產生反應，可以用溴化碘等代替進行碘化。

 

 

《碳排放》

碳排放是關於溫室氣體排放的一個總稱或簡稱。溫室氣體中最主要的氣體是二氧化碳，因此用碳（Carbon）一詞作為代表。雖然並不準確，但作為讓民眾最快瞭解的方法就是簡單地將“碳排放”理解為“二氧化碳排放”。

人類的任何活動都有可能造成碳排放，比如普通百姓簡單的燒火做飯都能造成碳排放，任何物體被火燒後的廢氣都會產生碳排放。多數科學家和政府承認溫室氣體已經並將繼續為地球和人類帶來災難，所以“（控制)碳排放”、“碳中和”這樣的術語就成為容易被大多數人所理解、接受、並採取行動的文化基礎。

碳排放是關於溫室氣體排放的一個總稱或簡稱。溫室氣體中最主要的氣體是二氧化碳，因此用碳（Carbon）一詞作為代表。雖然並不準確，但作為讓民眾最快瞭解的方法就是簡單地將“碳排放”理解為“二氧化碳排放”。多數科學家和政府承認溫室氣體已經並將繼續為地球和人類帶來災難，所以“（控制)碳排放”、“碳中和”這樣的術語就成為容易被大多數人所理解、接受、並採取行動的文化基礎。我們的日常生活一直都在排放二氧化碳，而如何通過有節制的生活，例如少用空調和暖氣、少開車、少坐飛機等等，以及如何通過節能減汙的技術來減少工廠和企業的碳排放量，成為本世紀初最重要的環保話題之一。

燃料本身就是有機碳氫化合物，所以如果不能與空氣中的氧氣發生燃燒化學反應變成對人體和環境基本無害的水和二氧化碳（但二氧化碳正在被認為是對全球大氣環境有危害的溫室氣體），就有可能成為有害物質而排放出，例如當燃料和空氣的比例過小（混合氣過稀）而導致發動機失火時就是如此，這是碳氫化合物（HC）排放的主要機理之一；燃料如果太多會導致混合氣過濃而不能完全燃燒，其中含碳較多的成分要麼變成含碳較少的碳氫化合物或醛類物質（氣體），要麼變成含碳較多結構更為複雜的顆粒物（PM），或者變成固體的碳煙顆粒物（也是PM），或者變成燃燒中間產物一氧化碳（CO），所以氧氣不足造成的不完全燃燒產物是碳氫化合物（HC）排放的又一個機理，也是碳煙及顆粒物（PM）排放和一氧化碳（CO）排放的唯一機理。

碳煙的生成需要氧氣嚴重不足，所以主要在非均質燃燒的柴油機中生成，汽油機因為燃料與空氣均質混合後才燃燒，並且混合氣一般不會太濃，所以一般沒有碳煙，顆粒物（PM）排放也很少（但如果有機油進入混合氣中，如活塞環壞了導致串機油或燃燒混合油的二衝程汽油機，則也會產生碳煙和顆粒物；另外，如果汽油機供油系統故障導致供油失控，則也會產生碳煙）。

氮氧化物（NOx）是由空氣中的氧氣和氮氣反應生成的，包括NO、NO2等，其中又以NO為主，但是空氣中的氧氣和氮氣在大氣狀態下並不會發生化學反應，只是因為燃燒形成的1200~2400℃的高溫環境為氧氣和氮氣反應生成NO、NO2創造了條件，才造成了氮氧化物（NOx）排放，這就是氮氧化物（NOx）排放的形成機理。鉛鹽直接來自於燃料，只要燃料不含鉛，發動機就不會有鉛污染。

碳排放：碳排放不僅僅是燃料燃燒會產生，人口的增加，經濟的增長也是會使碳排放增加的原因。

走樓梯上下一層樓能減少0.218千克碳排放，少開空調一小時減少0.621千克碳排放，少用一噸水減少0.194千克碳排放……哥本哈根氣候變化大會結束之後，“低碳”概念開始高頻率地走進人們日常生活。現在，杭州開始建設低碳城市，大家對碳排放量的多少非常關心，但又知道得很模糊，不知道到底該怎麼算的。事實上，碳排放和我們每天的衣食住行息息相關。

至於碳排放量有多少，有關專家給出碳排放的計算公式：

家居用電的二氧化碳排放量(公斤)=耗電度數×0.785；

開車的二氧化碳排放量(公斤)=油耗公升數×0.785；

坐飛機的二氧化碳排放量(公斤)：

短途旅行：200公里以內=公里數×0.275；

中途旅行：200至1000公里=55+0.105×(公里數-200)；

長途旅行：1000公里以上=公里數×0.139。

火車旅行的二氧化碳排放量=公里數×0.04

家用天然氣二氧化碳排放量（千克）=天然氣使用度數×0.19

家用自來水二氧化碳排放量（千克）=自來水使用度數×0.91

此外，還有人發佈了肉食的二氧化碳排放量——

肉食的二氧化碳排放量(公斤)=公斤數×1.24。

這些計算公式是如何得出的？

據瞭解，碳足跡計算國際上有很多通用公式，這些公式是由聯合國及一些環保組織共同製作的。在這些公式的基礎上使用中國本土的統計資料和轉換因數，使計算更符合中國國情，也更準確地反映你的實際碳足跡。

在中國，每年的能源消費總量都發佈在《中華人民共和國國民經濟和社會發展統計公報》中，比如，2008年“全年能源消費總量為28.5億噸標準煤”。標準煤亦稱煤當量。1噸標準煤的能量，約為0.7噸純碳充分燃燒釋放的熱量。0.7噸乘以3.7得出：消耗1噸標準煤的能源，排放的二氧化碳量為2.6噸。任何普通人，只要記住“2.6”這個簡單數字，就能從國家公佈的統計報告中，估算出中國全年的二氧化碳排放量。

以2008年為例，全年能源總消費量為28.5億噸標準煤，其中3億噸來自傳統生物質能源（非化石燃料），2.5億噸來自可再生能源，實際消費的化石燃料能源量為23億噸標準煤。23億噸乘以2.6，得出二氧化碳排放量為59.8億噸。根據當年的統計公報，中國人口為132802萬人，由此計算出，2008年中國人均二氧化碳排放量為4.5噸——這與國內外學術界認可的數字十分吻合。

碳排放脫鉤是經濟增長與溫室氣體排放之間關係不斷弱化乃至消失的理想化過程，即實現經濟增長基礎上，逐漸降低能源消費量。簡而言之，即隨著經濟的繼續增長，碳排放總量卻逐漸減少直至消失的理想過程。

《聯合國氣候變化框架公約》被認為是冷戰結束後最重要的國際公約之一。

針對全球氣候變暖的挑戰，國際社會在1992年制定了《聯合國氣候變化框架公約》（以下簡稱《公約》），並於1997年12月在日本京都召開的《公約》第三次締約方大會上達成了《京都議定書》 （以下簡稱《議定書》）。《議定書》要求30多個附件一國家（包括發達國家和經濟轉型國家）在2008至2012年間，把溫室氣體的排放量平均比1990年削減>5.2%。在得到占發達國家1990年CO2排放總量的55%以上的締約發達國家批准後，《議定書》於2005年2月16日正式生效。這標誌著國際社會進入了一個實質性減排溫室氣體的階段，人類發展史上首次具有了一個國際法律框架，用以限制人類活動對地球系統的碳迴圈和氣候變化的干擾。減少碳排放成為締約國家社會經濟發展和生產經營活動的重要目標之一。

《議定書》設計的清潔發展機制（CDM）為溫室氣體減排提供了一個雙贏的長期行動框架。是《議定書》設計的三個靈活機制之一，其初衷是為了各國可以採用最小成本且有效的方式來削減排放，各國可以運用這些機制相互協作以履行減排的承諾。該機制允許發達國家在發展中國家開展減排專案來獲取減排信用，並從2000年開始到第一個承諾期（2008-2012）執行。它既可以使發達國家降低減排的成本，同時又使發展中國家通過專案合作，獲得相應的資金和技術支持。中國可以通過積極參與項目獲得巨大的經濟收益，據估計中國可以提供全球CDM所需專案的一半以上。此外，碳交易市場也有望成為世界最大的市場之一。

《議定書》生效是各國在政治、經濟、能源、環境等方面利益相互妥協的結果。由於各國在溫室氣體減排方面具有共同但有區別的責任，加上資源稟賦和經濟發展水準差異較大，在履行減排義務時付出的代價不同，所以在減排的國際談判中不得不考慮各自的國家利益，使得談判過程成為一個各個國家或利益集團在政治、經濟、資源、環境等方面博弈的複雜過程。

由於占發達國家溫室氣體排放約40%的美國和澳大利亞沒有批准《議定書》，並且《議定書》最終文本是在談判過程中對一些國家的減排義務作了較大讓步的情況下才達成的妥協方案，所以《議定書》執行的意義和效果並不顯著。

即使《議定書》所規定的各項目標能夠實現，與穩定氣候變化的最終目標仍相距甚遠。由於溫室氣體減排的成本較高，對經濟將產生不可忽視的重要影響。所以，實力薄弱的發展中國家無力承擔如此巨大的經濟負擔，需要發達國家提供資金和技術援助。另一方面，減排的效果如何還有很大的不確定性，因此國際社會實現穩定氣候變化的目標仍然任重道遠。

全球碳交易市場年均交易額已達300億美元，預計將來還會大幅增加。在歐洲，企業可以通過買賣二氧化碳排放量信用配額來實現排放達標的目標。碳排放已經成為一種市場化的交易。在倫敦金融城，除了股票、證券和期貨交易所外，還有不少專門從事碳排放交易的公司。

早在2002年，英國就自發建立了碳交易體系。另外，在倫敦證券交易所創業板上市的公司中，有60多家企業致力於研發有助減少碳排放的新技術。雖然在倫敦沒有一所類似股票交易所的碳交易所，但是這些大大小小從事碳排放交易的公司企業卻早就聯合在一起了。碳排放價格一直處於波動狀態，2006年交割的碳排放價格約為每噸16.50歐元（約合人民幣165元），而2007年交割的碳排放價格則為17歐元。除英國外，歐洲各國目前都有活躍的碳排放交易市場。2002年，荷蘭和世界銀行首先開始碳交易時，碳排放的價格為每噸5歐元左右，此後開始上揚。2004年達到6歐元，到2006年4月上旬，每噸價格超過了31歐元。2006年，世界二氧化碳排放權交易總額達280億美元，為2005年的2.5倍，交易的二氧化碳量達到了13億噸。

英國、美國已經是全球碳排放交易的兩大中心——擔綱的分別是倫敦金融城和芝加哥氣候交易所。現在，參與碳排放交易的政治家和商人都將目光投向了亞洲，投向了中國。碳排放交易是用經濟手段推動環保的國際通行辦法，是清潔發展機制，簡稱CDM的核心內容。1997年開始接受簽署的《京都議定書》，《聯合國氣候變化框架公約》下的重要議定書，是碳排放全球交易的政策驅動力。根據《京都議定書》的約定，“已發展國家”有已經核准的2008-2012年間溫室氣體排放量上限；同時，至2012年，溫室氣體平均排放量必須比1990年的水準低5.2%。為減少“全球蔓延”的溫室氣體，《京都議定書》同時規定，協議國家（現有169個國家）承諾在一定時期內實現一定的碳排放減排目標，各國可將自己的減排目標分配給國內不同的企業。當某國不能按期實現減排目標時，可以從擁有超額配額（或排放許可證，英文簡稱CER）的國家（主要是發展中國家）購買一定數量的配額（或排放許可證）以完成自己的減排目標。同樣的，在一國內部，不能按期實現減排目標的企業也可以從擁有超額配額（或排放許可證）的企業那裏購買一定數量的配額（或排放許可證）以完成自己的減排目標，CDM便因此形成，碳排放形成“大宗商品交易”的國際市場。

受《京都議定書》的政策牽引，英國早在2002年即啟動自願排放貿易計畫，31個團體根據1998-2000年基線自願性設定排放減量目標，包括了6種溫室氣體。2005年，歐盟溫室氣體排放交易體系啟動，該體系覆蓋歐盟25個成員國，包括近12000個燃燒過程排放二氧化碳的工業實體，遂使歐盟成為世界上最大的碳排放交易市場。倫敦金融城則是歐洲碳排放交易市場的中心。2006年，其碳排放交易額超過200億歐元，歷年來呈翻番增長趨勢。“走在環保問題的前列，已經為金融城帶來了切實利益。”倫敦金融城當局政策與資源委員會主席邁克爾·斯奈德如此評價金融城的碳排放交易。



美國目前尚未加入簽署《京都議定書》，其制定了“10年內減少20%的汽油用量”的發展減排計畫。2003年建立的芝加哥氣候交易所是全球首個以溫室氣體減排為目標和貿易內容的專業市場平臺，其包括了二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、氫氟碳化物、全氟化物、六氟化硫等6種溫室氣體的排放交易，會員200余個，這足以使其成為碳排放交易的美洲中心。

全球變暖的主要原因是人類在近一個世紀以來大量使用礦物燃料（如煤、石油等），排放出大量的CO2等多種溫室氣體。由於這些溫室氣體對來自太陽輻射的可見光具有高度的透過性，而對地球反射出來的長波輻射具有高度的吸收性，也就是常說的“溫室效應”，導致全球氣候變暖。全球變暖的後果，會使全球降水量重新分配，冰川和凍土消融，海平面上升等，既危害自然生態系統的平衡，更威脅人類的食物供應和居住環境。

與其他污染物不同，CO2的減排存在很大的技術難度。目前，主要有3種技術方向和選擇。一是採取化石能源的替代技術，主要包括清潔能源替代技術、可再生能源技術、新能源技術(核能目前已經被排除在聯合履約和CDM機制之外)；二是提高能效，進而通過減少能耗實現削減CO2排放；三是碳埋存及生物碳匯技術。此外，稅收等財政金融政策可以起到加速技術改造進程，優化資源配置，降低全社會減排成本的作用。

能源結構調整對減排的作用明顯但困難較大

從目前情況來看，短期內，通過能源替代技術改變能源結構的作用有限。人類存在採用低碳或無碳的替代能源技術的可能性，但還有很長一段路要走。為此，重點研究了現有能源的相互替代的可能性與效果。 在考慮宏觀經濟系統各個方面的複雜相互作用的基礎上，我們初步建立了以減排政策為核心的一般均衡模型，應用這一模型對能源結構調整、經濟結構調整、徵收碳稅等進行了政策模擬分析，主要結論如下。

中國2003年能源消費中，煤的比重為67.1%，天然氣的比重為2.8%。如果將煤的使用比重降低1個百分點，代之以天然氣，CO2的排放量會減少0.74%，而GDP會下降0.64%，居民福利降低0.60%，各部門生產成本普遍提高，其中電力部門受影響最大，平均成本提高0.60%；如果“氣代煤”的比例為5%，CO2的排放量會減少4.9%，而GDP會下降2.0%，居民福利減低2.0%，電力部門平均成本提高2.4%。 因此，能源結構調整的後果是，一方面CO2排量會顯著降低，另一方面GDP增長速度會放緩，居民福利受到一定的影響。在中國全面建設小康社會的過程中，經濟必須保持一定的增長速度，因此，即使在能源供給充分的條件下，能源結構調整的速度不應也不可能太快。

技術和提高能源利用效率是最有效的途徑。根據以上預測，即使採取較積極的能源政策，包括提高可再生能源和油氣等清潔能源的比例，2020年中國煤炭消費仍占約60%。而碳埋存和相關碳匯技術因成本等問題難以推廣。因此，最可行也是最有效的技術減排措施就是採取清潔生產等技術來提高能效，特別是煤炭的清潔利用技術在未來15年中將扮演十分重要的角色。能效技術不僅減少能源利用、減少排放、提高成本效益，還能通過技術轉移發揮更大潛力，因此是CDM項目最優先的選擇。另外，在農業方面，提高化肥利用率。在保證作物產量的前提下，實現減少化肥消耗量，對於減少化肥生成過程中的CO2排放和保護環境都具有重要的作用。

中國履行《京都議定書》增加陸地生態系統碳吸收，有助於減輕中國潛在的減排壓力。造林、林地恢復、豐產林管理、採伐管理、森林防火和病蟲害控制等可增加森林固碳量，減少碳排放。據初步估計，中國實施的林業六大重點工程的固碳潛力約200億噸，持續時間約為100年。

合理的農業管理措施(包括平衡施肥、合理種植、增加秸稈還田、少耕免耕等)和減少土壤侵蝕能大大提高農業土壤固碳量。根據目前的野外定位研究成果，在施用有機肥的情況下，除東北部分地方外，土壤有機質均會增加，平均增加幅度為8.52～59.78 g/（m2·yr）。

農作物秸稈的還田，類似於施用有機肥，可以增加土壤的有機質含量，平均增加幅度45.24 g/（m2·yr）。免耕和少耕可以分別平均增加土壤有機碳134.81和208.74 g/（m2·yr）。在中國農業生產中，積極施用有機肥及推廣秸稈還田和免耕，農田生態系統土壤的固碳潛力是巨大的。初步估計，目前森林植被的現有碳貯量只有潛在貯量的44.3%，土壤的現有碳貯量只有潛在貯量的90%。

增加草地固碳量的主要措施包括合理放牧、灌溉、施肥和品種改良等。另外，中國青藏高原高寒濕地、東北濕地以及分佈在幾大流域的濕地是個巨大的碳庫，納入陸地生態系統碳管理框架具有重要戰略意義。當前中國符合《京都議定書》的生態系統碳匯占工業CO2總排放量的4%～6%。到2020年，這個碳匯可提高2～4倍，占工業CO2總排放量的7%～8%。增強陸地生態系統碳吸收與碳管理可在一定程度上減輕中國所面臨的溫室氣體減排壓力，為加快中國的工業化進程爭取空間和時間。

徵收碳稅對整個經濟的負面影響不可低估

如果採用徵收碳稅的市場手段實現5%或10%的減排目標，需要分別徵收每噸碳90.71元和192.9元的碳稅。如果將徵收的碳稅全部用於返還居民，其稅率還會略有提高。在徵收碳稅情形下，各部門的生產成本將增加，電力部門增加的成本分別為5.78%和12.07%，鋼鐵部門增加0.91%和1.94%，郵電運輸業增加0.128%和0.263%。 如果把調整能源結構和徵收碳稅的措施結合起來，我們可以得到社會總成本略小的方案。例如：“氣代煤”1%，徵收碳稅82.1元/噸碳，可以實現5%的總的減排目標，而居民福利下降0.78%，GDP下降1.51%。

總之，採用徵收碳稅和能源結構調整的政策對整個經濟的負面影響比較大。

消費行為對節能與減排的作用突出

目前，對生產活動中的節能、提高能效方面的研究比較多，而對居民生活用能研究得比較少。事實上，1999～2002年中國每年全部能源消費量的大約26%、CO2排放的30%是由居民生活行為及滿足這些行為需求的經濟活動造成的。經過研究，居民的生活用能具有巨大的節約空間。在基本不降低生活水準的前提下，單是在住房、汽車、摩托車和家用電器節能這幾項就可以節約能源2176.3萬噸標準煤，占2002年居民生活行為用能的11.0%，相當於每年減少1628.8噸碳的CO2排放。

2013年中國將有七個省市啟動碳排放交易試點

中國國家發改委建議從2016年起對全國溫室氣體排放量設置一個絕對上限值，該做法將使排放量目標獨立於經濟增長.發改委預計中國溫室氣體排放將在2025年達到峰值，比之前預測的要早五年。

“發改委正在研究測算溫室氣體排放達到峰值的時間表，並計畫在‘十三五’期間力爭實施碳排放總量控制制度，”報導援引未具名的政府官員稱。

十二五規劃期間，中國承諾到2020年將每單位國內生產總值(GDP)的碳排放較2005年削減40-45%，允許排放量增長但增速放慢。

而若設立絕對上限值，即便中國經濟增速超出預期也將必需控制碳排放量。

在近期一次工作會議上，國家發改委副主任解振華表示，我國將提出我國2030年及2050年低碳發展路線圖 。

中國：到2020年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45% ；

美國：2020年溫室氣體排放量在2005年基礎上減少17%。

韓國：為了削減碳排放，將在未來10年執行正在考慮的三個計畫中最嚴格的一個，使2020年的碳排放量比正常水準降低30%。


 
《太陽能》

太陽能（英語：Solar energy），是指來自太陽輻射出的光和熱被不斷發展的一系列技術所利用的一種能量，如，太陽熱能集熱器，太陽能光電發電，太陽熱能發電，和人工光合作用。自地球形成生物就主要以太陽提供的熱和光生存，而自古人類也懂得以陽光曬乾物件，並作為保存食物的方法，如製鹽和曬鹹魚等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽能進一步發展。

太陽能技術分為有源（主動式）及無源（被動式）兩種。有源的例子有太陽能光電及光熱轉換，使用電力或機械設備作太陽能收集，而這些設備是依靠外部能源運作的，因此稱為有源。無源的例子有在建築物引入太陽光作照明等，當中是利用建築物的設計、選擇所使用物料等達至利用太陽能的目的，由於當中的運作無需由外部提供能源，因此稱為無源。

太陽能發電是一種新興的可再生能源。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風能，化學能，水的勢能。化石燃料可以稱為遠古的太陽能。太陽能資源豐富，且無需運輸，對環境污染低。太陽能為人類創造了一種新的生活形態，使社會以及人類進入一個節約能源減少污染的時代。

地球在上層大氣傳入的太陽輻射（日照）接收了174 petawatts(PW)。大約有30%的太陽能被反射回太空，而其餘的太陽能則被雲層、海洋和陸地吸收。在地球表面的太陽能光譜大多分布在一小部分近紫外線，全部可見光，和近紅外線的光譜範圍。

地球的大氣，海洋和陸地吸收的太陽能每年大約是3,850,000 EJ。在2002年，一小時內的太陽能比全世界在一年內使用的能量還要更多。光合作用獲得的生物質能每年約3000 EJ。技術上的生物質能潛力有100–300 EJ/每年。太陽的能量到達這個地球表面的數量是如此巨大，以至於在一年中的太陽能是自從人類取得和開採的所有在地球上不可再生資源的煤、石油、天然氣、和鈾都相結合的總能源的兩倍。

在世界各地，主要根據緯度的不同來利用太陽能。

太陽能是指主要用於實際目的利用太陽光輻射。然而，除了地熱能和潮汐能以外，所有其他的可再生能源都是來源自太陽的能量。

太陽能技術被廣泛定性為被動的或主動的方式來捕獲，轉換和分配太陽光。主動式太陽能技術，利用太陽能光電板，泵，風機將陽光轉換為有用的輸出。被動式太陽能技術，包括選擇材料具有良好的熱性能，設計，自然空氣流通的空間，並按照太陽來安排的建築物的位置。主動式太陽能技術，增加能源供應，被認為是供應端的技術；而被動式太陽能技術，減少替代資源的需要，通常被認為是需求端的技術。

利用太陽能的方法主要有：

1.使用太陽能電池，通過光電轉換把太陽光中包含的能量轉化為電能

2.利用便宜的鏡子將陽光反射至昂貴高效能太陽能電池（但需要注意散熱），可3.以減低發電成本

4.使用太陽能熱水器，利用太陽光的熱量把水加熱

5.利用太陽光的熱量加熱水，並利用熱水發電

6.利用太陽的熱能來進行吸附式製冷

7.透過機械及硬體設備來收集及傳送太陽能的熱量，以供應暖氣設備。可分為主8.動式太陽能加熱系統及被動式太陽能加熱系統

9.利用太陽能的熱量來驅動斯特林發動機

10.利用太陽能加熱鹽類，再用鹽類儲存的熱量發電（在夜間仍會繼續發電）

11.將吸收太陽能熱量的系統整合於太陽能電池上，降低成本。

12.集中太陽能於定點製造龍捲風，利用龍捲風來做高效能的風力發電

13.利用太陽能作為熱源進行海水淡化

14.能源作物也是一種太陽能

15.太空太陽能轉換電能儲存，輸送到地面電能接收站，訊號接收站

16.根據環境與環境太陽日照的長短強弱，可移動式和固定式太陽能利用網

17.太陽能運輸（汽車、船、飛機...等）、太陽能公共設施（路燈、紅綠燈、招牌...等）、建築整合太陽能（房屋、廠房、電廠、水廠...等）

18.太陽能裝置，例如：太陽能計算機、太陽能背包、太陽能檯燈、太陽能手電筒...等各式太陽能應用與裝置

直到近期，太陽能還只能小規模使用，利用太陽能發電還存在成本高、轉換效率低的問題。但是太陽電池在為人造衛星提供能源方面得到了很好的應用，而且在一些情況下，太陽能發電已經有經濟競爭力；現在太陽能的成本已經在許多市場達到電網平價。

目前，全球最大的屋頂太陽能面板系統位於德國南部比茲塔特（Bürstadt），面積為四萬平方公尺，每年的發電量為0.5萬千瓦時。

日本為了達成京都議定書的二氧化碳減量要求，全日本都普設太陽能光電板，位於日本中部的長野縣飯田市，居民在屋頂設置太陽能光電板的比率甚至達2%，堪稱日本第一。

陽光影響了建築設計建築史的開始。先進的太陽建築和都市計畫的方法，是最早被希臘人和中國人所採用，他們的建築面向南方給人們提供光明和溫暖。

農業和園藝業，為了優化植物生產力而致力於優化太陽能的捕獲。採用的技術，如定時種植周期，量身定製的行方向，交錯行和混合的植物品種之間的高度可以提高農作物的產量。雖然陽光被普遍認為是一個豐富的資源，例外情況突出顯示太陽能能源以農業的重要性。

溫室大棚將太陽光轉換為熱能，實現不是天生就適合當地氣候的（在封閉的環境中）特種作物其他植物的生長和全年的生產。

太陽能泵也可以用在農業和園藝業的灌溉上。

自1980年代以來，一個太陽能汽車的發展一直是工程目標。世界太陽能車挑戰賽是每半年以太陽能為動力的汽車比賽中，來自高校和企業的團隊競爭橫跨澳洲中部的3,021 km（1,877 mi）,從達爾文市到阿德萊德市的比賽路程。在1987年，成立時，獲獎者的平均車速為67公里每小時（42英里每小時），並在2007年獲獎者的平均時速已提高到90.87公里每小時（56.46英里每小時）。北美太陽能車挑戰賽和計劃中的南非太陽能車挑戰賽是相媲美的比賽，反映出在太陽能車的設計和開發的國際關注。

有些汽車使用太陽能電池板為輔助電源，例如用於空調，保持汽車內涼爽，從而減少燃油消耗。

1975年，第一艘實用的太陽能船被建造於英國。到1995年，客輪整合光電電池板開始出現，並且現在廣泛使用。在1996年，堀江謙一作出第一次利用太陽能動力的太陽能船穿越太平洋，和在2006-2007年冬季sun21雙體船作出第一次利用太陽能動力的太陽能船穿越大西洋。在2010年有計劃作環球航行。

在1974年，無人駕駛AstroFlight SunRise飛機作第一次太陽能飛行。在1979年4月29日，Solar Riser作出太陽能動力的，完全控制的，載人的飛行器的第一次飛行，高度達到40英尺（12公尺）。

現代的太陽能科技可以將陽光聚合，並運用其能量產生熱水、蒸汽和電力。集熱式太陽能（Solar Thermal）。原理是將鏡子反射的太陽光，聚焦在一條叫接收器的玻璃管上，而該中空的玻璃管可以讓油流過。從鏡子反映的太陽光會令管子內的油升溫，產生蒸氣，再由蒸氣推動渦輪機發電。除了運用適當的科技來收集太陽能外，建築物亦可利用太陽的光和熱能，方法是在設計時加入合適的裝備，例如巨型的向南窗戶或使用能吸收及慢慢釋放太陽熱力的建築材料。在適當地點，太陽能的長期使用成本已經接近甚至低於傳統的化石燃料。

太陽能熱水系統利用太陽光來加熱水。在較低的地理緯度（低於40度）從60％到70％的生活熱水可以使用太陽能加熱系統提供溫度高達60°C的熱水。最常見的類型的太陽能熱水器真空管集熱器（44％）和玻璃平板集熱器（34％），一般用於生活熱水；還有無釉的塑料收集器（21％），主要用於加熱游泳池。

截至2007年，太陽能熱水系統的總裝機容量約為154吉瓦（GW）。中國是世界的領先者，在截至2006年他們已經安裝了70吉瓦（GW），並且部署了在2020年安裝210吉瓦（GW）的長遠目標。以色列和賽普勒斯是在人均使用量上面的領先者，超過90％的家庭使用太陽能熱水系統。在美國，加拿大和澳大利亞占主導地位的應用是加熱游泳池，在2005年太陽能熱水應用的裝機容量為18吉瓦（GW）。

在美國，暖通空調（英語：Heating, Ventilation and Air Conditioning，簡稱:HVAC）系統占用商業樓宇使用的的能量30％（4.65 EJ），和在住宅建築近使用的能源的50％（10.1 EJ）。太陽能加熱，冷卻和通風技術可用於抵銷了這些能量的一部分。

太陽能可用於蒸餾處理鹽水或半鹹水使其可成飲用水。這種應用的首次記錄是在16世紀的阿拉伯鍊金術士。首先構建一個大型的太陽能蒸餾項目於1872年在智利的礦業城市拉斯維加斯薩利納斯（Las Salinas）。該工廠有4700平方米的太陽能集熱面積，每天可產生高達22,700升淡水，並經營了40年。

太陽灶利用太陽光蒸煮，乾燥和殺菌消毒。它們可分為三大類：箱灶具，面板灶具和反射灶具。最簡單的太陽灶是箱灶具，首先由奧拉斯-貝內迪克特·德索敘爾在1767年建造。一個基本的箱灶具包括一個用透明蓋子的隔熱容器。它可以有效地在局部陰天使用，通常溫度將可達90-150 °C.

太陽能聚光技術，如拋物面碟形，槽形及Scheffler反射器可為商業和工業應用提供工業用熱。

蒸發池是通過蒸發作用濃縮溶解固體的淺水池。使用蒸發池的從海水中獲得的鹽是太陽能最古老的應用之一。現代應用包括濃縮浸礦用滷水的解決方案和從廢物流中除去溶解固體。

通過蒸發作用由風和陽光的晾衣繩，晾衣架晾衣服不消耗電力或煤氣。在美國的一些州，有立法保護衣服的「晾乾的權利」。

光電轉換又稱太陽能光電。太陽能板是一種暴露在陽光下便會產生直流電的發電裝置，幾乎以半導體物料（例如矽）製成的薄身固體太陽能電池組合。由於沒有活動的部分，故可以長時間操作而不會導致任何損耗（薄膜太陽能電池會有光衰退的現象）。簡單的光電電池可為手錶及計算機提供能源，較大的光電系統可為房屋照明，並為電網供電。

太陽能板可以製成不同形狀，而又可並聯、串聯，以產生更多電力。近年，天台及建築物表面開始使用光電組件，被用作窗戶、天窗或遮蔽裝置的一部分，這些光電設施通常被稱為附設於建築物的光電系統。

聚光太陽能發電（CSP）系統使用透鏡或反射鏡和跟蹤系統，把大面積的陽光聚焦到一個小光束。然後將集中的熱量用作常規發電廠的熱源。廣泛存在聚光技術，最發達的技術是拋物槽，集中線性菲涅爾反射鏡，斯特林盤和太陽能發電塔。跟蹤太陽和光線聚焦用了各種技術。在所有這些系統中，工作流體被聚光的太陽光加熱，然後將其用於發電或能量存儲。

一種太陽能電池或光電電池（PV），是一種利用光電效應將光轉換成電流使用的裝置。於1880年代，第一個太陽能電池由查爾斯Fritts(Charles Fritts)構造。

太陽能的化學過程利用太陽能來驅動化學反應。

◎優點

在光照充足的地區（例如：太空向陽區、海洋、海岸、空曠岩地...），太陽能的供應源源不絕，使用過程不會產生環境污染，亦不會產生溫室氣體導致地球溫室效應加劇。

太陽能電池組件可以安裝在建築物上，稱為光電一體化建築，如此太陽能電池板不僅可以在有陽光的時候產生電力，還能達到隔熱的作用，可以有效降低建築物內部的溫度，降低建築能耗；而且分散式發電的大規模停電風險較低。此外，將太陽能電池安裝於家家戶戶，可以提供大量的在地工作機會，節省社福及社會成本。

太陽能雖具有間歇性，但太陽能發電量與用電尖峰需求呈現正相關，許多電力公司需要興建只在尖峰時間發電的電廠，這種電廠的成本較高，以太陽能取代此類發電廠，很早就具有經濟效益。

太陽能的成本下降速度很快，在許多情況已經達到電網平價。

北非那些高輻射又乾旱到無法種出農作物的沙漠國家，還可以把剩下的太陽能賣給電力公司，達到賺錢的效果（不過對於其他國家，太陽能的使用是不能影響到農業及生態）。

◎缺點

1.目前利用太陽能的各種技術都具有成本高的缺點，因此首期資本投資不菲；不過近來這已經不是問題，因為全球有太多找不到投資標的的資金，而且整體壽命週期來看，太陽能已經在許多情況下達到電網平價（特別是在電價較高國家，例如澳洲和德國），因此可以把過多的游資投入太陽能等再生能源。

2.如果考慮氣候，日照強度，成本和投資回報的經濟效益，太陽能系統並不適合世界的每一個角落。在許多陰雨綿綿或是日照短的地區，很難完全靠太陽能供應，投資報酬率較低。另外，除非有大量的太陽能板或更成熟的太陽能技術，不然目前仍然難以產生大量電源供給使用是其缺點。

3.太陽能電池板壽命有限。大約是10-30年。而生產時所需使用的大量矽、鍺、硼可能會造成其他方面的污染，需妥善管控處理。太陽能板的原材料和電腦晶片原材料一樣。大量生產過程中化學物質是有毒有害，主要靠工廠所在地法律法規管控。

4.對電網的影響：

截至2017年12月，澳洲東部昆士蘭州有超過31%居民擁有屋頂太陽能系統，平均安裝功率超過3.5千瓦（世界第一）。但是高太陽能系統普及率也給電網電壓帶來問題。居民區中午用電量低，主要以出售電力給電力公司為主。傳統電網並沒有考慮雙向電力輸送。在居民區電力大額傳輸回電網的時候，電壓會逐步抬高，而且可能超過電器設備可能受範圍。科學研究已經有方法解決這種問題，但是都有各種成本考慮，例如，在中壓電網額外增加電壓控制裝置。 對於其他國家或地區的啟示：沒有系統性的分析和規劃，單一鼓勵促進太陽能在居民區的普及會帶來新的風險。更好的方式之一是，通過稅收或其他鼓勵措施，促進工業和商業用戶的太陽能系統安裝。因為工商業用戶主要用電高峰經常在白天，太陽能系統在日照白天發電，補充工商業用電，降低工商業對電網的壓力。

5.對能源投資和電費管理的影響：

現實生活中的問題經常複雜多變，原因錯綜複雜。對於能源投資和電費管理也是同樣的道理，沒有適合每個方案的萬用靈丹。太陽能系統投資也許是很好的選擇，如果：當地陽光充足，電價較高而且持續漲價，政府通過財政或金融方式大力支持，電力可賣回給電力公司 （澳洲和德國）。投資回報經常是能源投資的主要考量。但是系統性的檢查，評估和分析，也許會發現，在目前市場條件下，一套綜合性的方案是最合適的。例如，通過房屋建築能效提高，既有設備運行的改善，和太陽能系統投資 ，可能會提供業主最好的投資回報  。

世界各國家地區對太陽能的政策

◎中國

2006年6月，中華人民共和國成立風能太陽能資源評估中心。

2009年3月23日，中華人民共和國財政部印發《太陽能光電建築應用財政補助資金管理暫行辦法》，對太陽能光電建築等大型太陽能工程進行補貼。

2011年7月24日，中華人民共和國國家發展和改革委員會發布《國家發展改革委關於完善太陽能光電發電上網電價政策的通知》

2012年9月13日，中華人民共和國國家能源局發布《太陽能發電發展「十二五」規劃》。《規劃》提出，到2015年底，中華人民共和國太陽能發電裝機容量達到21吉瓦（GW）以上，這意味著未來3年中華人民共和國光電發電裝機容量有望擴大6倍以上。這個規劃提出加快推動太陽能技術產業創新發展。

◎澳洲

005年發表「陽光電城計劃」（Solar Cities initiative），目前已有聖地愛麗絲泉、阿得雷德、佩斯、湯士維爾與布萊克頓五個城市獲取政府補助打造太陽能發電系統城市。

2012年前，澳洲東部各州，在政府支持下有高額電力回購計劃，例如,$0.60澳幣每度電（$AUD/kWh）。同時政府對於太陽能板(solar panel)有高額補貼，在澳洲高薪水高人工成本的情況下，在2016~2017年，民用系統（包括太陽能板，逆變器，人工，電線和輔料，政府許可申請）可以做到1kW屋頂太陽能系統1000澳幣，或更低。截至2017年12月，澳洲東部昆士蘭州，31%居民家安裝有屋頂太陽能系統，平均功率在3.5千瓦以上（世界第一）。

2017年及以後，澳洲居民電力出售給電力零售商主要以市場定價為主，在$0.06 ~$0.16每度電。2018年，澳洲東部昆士蘭州居民普通電力價格大約是$0.25澳幣每度電

◎德國

德國《可再生能源法》於2000年4月出台，其前身是1991年生效的《強制輸電法案》。《可再生能源法》是開發和利用可再生能源，加強節能環保的綱領性法規，後隨時間推移和形勢變化多次修改補充。

2009年新《可再生能源法》設定，2020年德國的可再生能源在電力消費中的占比目標為30%。德國《可再生能源法》的基本政策方針是可再生能源優先以強制固定費率入網（feed-in tariffs），即依法強制電網運營商必須以法律規定的固定費率，收購可再生能源供應商的電力。同時，供電商再根據全部入電網的可再生能源、傳統能源成本狀況，厘定電價。這樣，儘管可再生能源目前的成本還高於傳統能源的，但《可再生能源法》為可再生能源提供了和傳統能源同樣的機會；再加上可再生能源還有其他方面優惠，使其發展風險得以大大降低。

德國是世界頂極的太陽能光電（PV）安裝國家之一，在2011年的用光電發電的容量達到25 GW。在2012-10-31，有31.62 GW光電發電連接電網。

德國聯邦政府已制定到2030年安裝的太陽能光電發電容量66 GW的目標，年均增長將達到2.5-3.5 GW，和到2050年80％的電力來自可再生能源的目標

◎西班牙

2007年3月30日，歐洲第一座商業太陽能發電廠（PS10太陽能發電塔）啟用，這座電廠自2001年7月於西班牙南部的塞維亞西方25公里的桑路卡拉馬尤（Sanlucar la Mayor）開始興建，直到2005年12月31日完工，費時4年多建造完成。

2011年10月，Gemasolar Thermosolar Plant太陽能熱電廠啟用，這座電廠位於西班牙南部的塞維亞豐特斯德亞恩達盧西亞。發電容量19.9 MW。

◎美國

2006年8月，美國加州參院以36票對4票獲得壓倒性的勝利，通過「百萬太陽能屋頂法案」，法案計畫在未來10年，在加州百萬個屋頂上裝設太陽能發電系統，將太陽能發電的上限由0.5％提升為2.5％，整個計畫總發電規模將達300萬千瓦。

 

迪拜海灣標準時間淩晨四點左右，首架完成環球飛行的太陽能動力飛機——“太陽動力2號”在連續飛行48小時之後，降落在阿布扎比機場。隨著這一壯舉的完成，我們對於可再生能源極限的認知發生了巨大變化。

​這架飛機於2015年3月從紐約起飛，目標就是成為首架環航世界的零燃料飛機，而這一目標花了16個月才完成。這架單座飛機的翼展與波音747相當，其建造目的不是運送乘客，而是傳播關於清潔能源利用的資訊。

瑞士人伯特蘭德·皮卡德和安德列·博施伯格既是這一專案的創始人，也是實施者。在超過4萬公里的飛行（分為17個航段）中，他們輪流駕駛，沒有使用一滴燃料。

不過，這次史詩性的旅程也並非一帆風順。去年上半年，他們因為橫風在中國耽擱了好幾周，又因為在飛越太平洋時電池過熱而被迫在夏威夷的一座飛機庫裏度過了整個冬天。

在降落後，伯特蘭德·皮卡德（一位精神病醫生兼熱氣球玩家）就此次旅程的意義發表了自己的感想。

他說：“我希望人們能夠認識到這不僅是飛行史上的首次，也開創了能源史的先河。我確信，未來十年中肯定能看到載有50名乘客的電動飛機進行中短途飛行。”

如今“太陽動力號”已經落地，零排放航空的夢想已經成為現實，人們都在問：究竟什麼時候首架商業航班能夠起飛，哪個國家會提供這一技術？但是，這些“天外神遊”的想法已經掩蓋了本次環球飛行所帶來的更直接的好處，比如太陽能技術在住宅、辦公室和工廠的應用。

“我們用在飛機上的所有清潔技術都可以普遍推廣……如今這些技術可以讓世界更加美好，我們必須利用它們，不僅是為了環境，也因為它們有利可圖，還可以創造就業。”皮卡德在接受《衛報》採訪時如是說。

這架飛機的輕體材料和其他部件都能被用於修路，比如為高速公路和其他輕體建築物提供新型的地面絕緣材料。為飛機的24小時電動引擎提供動力的能效技術則可用於汽車製造。而可以讓飛機在夜間飛行的能量密集的鋰聚合物電池 可以改變我們存儲電力的方式。

丹·盧瑟福是國際清潔運輸委員會（ICCT）海空技術項目的主管。他說，本次環球飛行最大的收穫之一就是用電力系統取代液壓內燃系統來驅動機器。

盧瑟福說：“我們已經看到了飛機越來越趨於電動化的勢頭。”他指的是波音“夢想飛機”，儘管還存在一些重大的磨合問題，但這個機型使用電池來為其電腦提供電力。在“太陽動力號”所顯示的開拓性先進技術以及目前即將服役的最先進商業飛機之間，“你肯定能看到重合之處”，盧瑟福在接受 《國家地理》採訪時說。

為“太陽動力號”提供太陽能電池的SunPower公司八年來一直致力於這一項目，大大推進了耐用太陽能設備領域的技術。該公司用在太陽能賽車“本田夢想”（ Honda Dream）和美國航空航天局（NASA）的格陵蘭冰蓋探測器上的技術，也正應用於住宅和商業專案。

皮卡德希望這能為創建一個世界清潔技術委員會奠定基礎， “專家學者們可以通過這個機構向各國政府和大企業提供建議，指出利用哪種技術可以在營利的同時抵禦氣候變化和保護環境”。

兩位創始人已經與谷歌合作發起了一項“未來清潔”倡議，旨在突出清潔技術在實現去年巴黎氣候大會目標中的巨大潛力。

儘管如此，“太陽動力號”不太可能為航空產業的去碳化提供一個解決方案。

雖然太陽能可以成為小型飛機的飛行動力，但不可能作為更重的大型商業客機的實用驅動，就算用上能效最高的太陽能板也不行。即便如此，航空排放的問題已經不能再被忽視了。據某些估算，從紐約到倫敦的單人往返飛行所產生的溫室氣體相當於一棟住宅全年的取暖排放。如果我們想要成功實現遏制全球變暖的目標，就必須為航空業找到替代能源。