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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