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目录

6    日常能耗

12  能量的来源

18  能量浪费

24  节约能源

34  未来技术

40  从我做起

 

第6—7页

日常能耗

早上起床殊非易事。你从床上爬起来，开灯，冲澡，然后匆匆吃完早餐，也许还会打包带份午餐，就急忙赶往学校。你有没有停下来想想：这么多事情何以如此轻易完成？

过去，很多孩子早上都要干家务。日出之前，他们要拾柴，再从井里打几桶水。他们需要用柴来生火，火提供光和热。没有火，人们就无法做早餐，也无法把冰冷的水加热来洗漱。

爱迪生电力公司

托马斯·爱迪生于1882年创立了第一家电力公司，为美国纽约市的部分地区提供电力。

孩子们以最快速度做完家务，因为他们经常要走很长的路去上学。如果迟到了，他们就占不到教室火炉旁的座位了。火炉可以取暖，借光读书也更容易。

如今，热能、电能之类能量都极为便利。你不高兴吗？

通电

100多年前，英国只有6%的家庭有电可用；如今，几乎家家户户都通了电。

马力

在美国，第一辆校车于1827年投入使用。它由马拉动，可以搭载25个孩子。

 

第8—9页

能量是人类的基本需求。人们可以用它来建造房屋，并让房屋保持温暖或凉爽。烤箱用它来烹饪食物，冰箱用它来冷藏食物，以防很快变质。能量可以照亮夜晚，让行人或上学，或上班，还能让我们生活得安全、舒适。

大多数人对这一切都习以为常。但什么是能量？科学家把能量定义为做功的能力，即让物体运动或发生变化的能力。

卡路里

食品标签用“卡路里”这个词来描述你所吃食物的能量含量，你的身体会把食物中的能量转化为自身可用的形式。

能量研究

物理学家是研究能量的科学家。

世界上有各种各样的能量。若非某种形式的能量，整个宇宙都将处于静止状态。

此时此刻，你的身体正在利用化学能和电能来维持你心脏的跳动。当你拿起这本书时，用到的是动能。当你理解所读文字时，一种特殊的电能正在你的大脑中快速传递。

新术语

19世纪初，科学家托马斯·杨被认为是第一个使用“能量”一词的人。

 

第10—11页

能量可以使万物运转。风可以使帆船掠过水面，汽油驱动大量汽车和卡车行驶，电力可以驱动计算机和其他设备。这样的例子举不胜举！

计算成本

给平板电脑充电每年只需几英镑。

能量因素

地理位置和气候会影响一个家庭的能耗。房屋的类型、居住人数以及居住者的能耗也是重要影响因素。

我们的社会对能量有着巨大的需求。工厂利用能量生产从服装到电脑的一切产品，还有一些行业则使用能量来加工和包装食品，并将其运往市场。从水源汲水，处理水使其能够安全饮用，再将其输送到家庭和企业，都需要能量。能量帮助我们使用电脑、电话甚至邮件进行交流。

无论人们是在同一个房间，还是在城市的不同地方，抑或是在其他国家，能量都可以把他们连在一起。能量维系着我们的文明！

日益增长的需求

地球上的人口数量持续增长，这就意味着未来需要的能源比现在更多。

 

第12—13页

能量的来源

如果我们能制造更多的能量，满足世界日益增长的能源需求就不是问题。但是我们不能——能量既不能被创造，也不能被消灭。

科学定律是被反复验证为真的事。物理学家阿尔伯特·爱因斯坦研究了一条科学定律，并因此而闻名，该定律表明，“能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式”。

阿尔伯特·爱因斯坦研究了能量。

光能转化为热能

如果你在阳光明媚的大热天穿件深色的衬衫，你就能感觉到能量的形式转化。深色会吸收太阳的光能并将其转化为热能。

人们谈及制造能量时，不是指能量可以从无到有被创造出来。制造能量是将储存在能源中的一种能量形式转化为我们想要使用的一种形式。

通常，转化而成的这种能量形式就是电。储存在能源中的能量转化为热能并用于产生蒸汽，蒸汽用来转动涡轮机的叶片，旋转的涡轮机连接到发电机发电，大部分电由此而来。

这些巨大的涡轮机在胡佛水坝的发电厂内发电。胡佛水坝位于科罗拉多河，在美国内华达州和亚利桑那州的交界处。

高电压

电压促使电流流动。电厂发电后会将电压升高，便于电流快速流过输电线。

动能

物体由于运动而具有的能量称为动能。

 

第14—15页

地球上的所有能量几乎来自同一来源：太阳。太阳能在几十亿年内都不会耗尽，因此被认为是一种可再生资源。可再生资源指的是可以反复利用的资源。

在地球上，阳光的能量通常被植物吸收，植物把太阳能转化为化学能，形成糖。动物吃掉植物时，能量会从植物转移到动物体内。如果那只动物被吃掉，能量就会转移到吃它的动物身上。

地球上还有很多其他可再生资源。木材来自树木，树木可以在相对较短的时间内再生。风和水也是可再生能源。来自地表以下的热能也是如此，它被称为地热能。

地热冠军

冰岛在利用地热能方面处于领先地位，该国的6座地热发电厂提供了全国约25%的电力。

风力发电厂

大型风车群被称为风力发电厂，建在风力稳定的地区。

可再生能源的利用也面临挑战。可再生能源可能取之不竭，却并非随处都有。例如，地热能发电厂只能建在地表以下有大量热能的地方。

这个位于冰岛克拉布拉火山的地热发电厂自1977年以来一直在运行。

强大水力

水能是由流动的水产生的能量，人们利用水能已有几千年的历史。

 

第16—17页

目前，人们使用不可再生资源来满足大部分需求，最常用的是煤、石油和天然气之类化石燃料。它们是远古时期的动植物遗骸在地球内部热量和压力的作用下，经过数百万年的变化而形成的。

铀是金属元素，是一种用于制造核能的不可再生资源。铀中的粒子分裂时，会释放大量的热量，从而产生蒸汽。蒸汽使涡轮机旋转，进而驱动发电机发电。与有些金属不同，铀无法制造，一旦用完就没了。

长久存在

有些核废料的放射性会持续千余年。

水力压裂

水力压裂是一个人们将含有水、沙子和化学物质的液体以高压注入地下的过程。这会使岩石裂开，这样蕴藏其中的不可再生资源就能被抽出来。科学家担心这种液体会污染地下水。

世界上有些地方，人们用的近四分之三的能源都来自化石燃料。但是依靠不可再生资源来满足能源需求有很多弊端。

开采煤、铀、石油和天然气都会危害生态系统。燃烧化石燃料会释放温室气体和颗粒污染，导致气候变化。铀具有放射性，会导致人类和动物出现癌症等健康问题。此外，不可再生资源无可替代，最终会耗尽。

有科学家预测化石燃料将在大约一百年后耗尽。

酸雨

燃烧化石燃料会向空气中释放有害化学物质，这些化学物质与大气中的水混合形成弱酸，然后以酸雨或酸雪的形式落回地球，侵蚀建筑物，伤害生物。

 

第18—19页

能量浪费

能量不能被消灭，但确实会被浪费。能量未用于做功时即是浪费。

信不信由你，发电厂浪费了大量的能量！化石燃料在发电厂燃烧时，会产生热能，进而产生用于发电的蒸汽。但并不是发电厂产生的所有热能最终都用于产生蒸汽。散逸空中的那些就被浪费了。然后，电流通过电线从发电厂传输出去时，有些又会转化成热能，从而损失更多的能量。

吸血鬼设备

像电视这样的“吸血鬼”设备，只要插上电源，就会吸电——即使关了机。这会使每月的电费至少增加10%。

浪费最小化

有些发电厂产生的能量有60%以上以热能的形式损失掉了。这些发电厂试图回收损失掉的热能并用它来发电，从而将总能量的损失降到20%到40%之间。

人们在家里也会浪费各种能量，离开房间时忘记关灯，开着冰箱门，站那儿对吃啥零食犹豫不决。人们坐车里排长队等购快餐，队伍停滞不前，也会浪费汽油中的能量。

甚至在人们努力节约用电时，可能也在浪费能量。有些设备甚至在电源关闭时仍在消耗能量。

家庭能量浪费

家庭中最浪费能量的三种行为：洗碗机只装一半就运行，所有衣服都用热水洗，冬天把温控器调得过高。

 

第20—21页

人们还有一种浪费能量的方式：用超所需。

效率是衡量做事时能量用度的一种方法。如果某事效率低下，耗能就比所需的要多。冬天一方面把温控器调高，而同时又开着所有窗户，就不是房屋保暖的有效方法。如果把窗户关好，热量就不会散发出去，耗能就会少很多。

电动化

有些汽车没有油箱，只有电池，完全靠电驱动。这些汽车行驶时不会释放污染物，因此对环境有益。

窗外

家庭能源支出如此之高的一个重要原因就是窗户。从窗户流出或进来的热量占家庭能源账单的30%。

燃油效率是指汽车行驶一定距离所需的汽油量，通常用英里每加仑或公里每升来表示。

高油耗的运动型多用途车和大型皮卡都不省油。它们各有用途，但很多这类大型车辆每加仑汽油只能行驶20英里（8.5公里/升），较省油的小型汽车每加仑汽油可以行驶30英里（12.8公里/升）以上。

早期油耗

有些最早的车型比如今的大卡车和运动型多用途车更省油，福特T型车每加仑汽油能行驶21英里（8.9公里/升）。

节能型车

混合动力车有一个汽油发动机和一个电动机。电动机承担部分工作，所以这类汽车比其他汽车耗油少，有些混合动力车每加仑汽油可以行驶50英里（21.3公里/升）！

 

第22—23页

使用更节能的汽车和尽量不浪费能量都是节约地球有限化石燃料的好方法，而且化石燃料用得越少越好。

这是因为使用化石燃料会导致地球气候的变化，地球的平均气温在上升，海平面也在上升，极端天气事件愈演愈烈。

为什么会发生这种情况？储存在煤、天然气和石油中的能量含有大量的碳。化石燃料燃烧时，其中的碳会以二氧化碳的形式释放到地球的大气中。二氧化碳是导致全球变暖的温室气体之一。

气候变化会导致洪水频发，因为大气温度升高后可容纳更多水分，降水会增加。

矿井径流

即使是停采的煤矿也会造成污染。采煤后留下的岩石含有硫，遇到雨水或雪水就会生成硫酸，污染溪流和河流。

二氧化碳浓度的上升始于1760年至1840年间的工业革命。在这期间，世界各地建了成百上千家新工厂，其中很多都使用化石燃料来产生能量。

从那以后，人们对化石燃料的消耗持续增加，如今地球大气中的二氧化碳含量比近代历史上任何时候都高。

温室效应

二氧化碳这样的气体在大气层中的作用就像毯子一样，将太阳的热量罩在地表附近，有点类似于玻璃将太阳的热量罩在温室里，因此科学家把这种情况称为“温室效应”。

 

第24—25页

节约能源

人们可以通过节约能源来帮助扭转这一趋势。所幸，节能方式丰富多样。

这一切可以从三个R开始，即减少（reduce）、重复使用（reuse）和回收利用（recycle）。这三个R不仅简单易记，更是一份切实有效的节能清单。

降低能源消耗归根结底就是要做出明智的选择。

睡眠节能

进入“睡眠模式”的设备比那些一直运行的设备更节能。

例如，人们家里有多种电器，如洗碗机、洗衣机和烤箱，型号不同，能耗就不同。新电器通常比旧电器更节能。选择购买更节能的电器是人们减少能耗的一种方式。

LED灯

很多新设备使用LED灯泡，LED灯泡将其使用的电能转化为光的效率比其他灯泡高得多。

灯泡的改良

传统灯泡只能将大约10%的电能转化为光，另外的90%都转化为热量散失了。

 

第26—27页

减少浪费的另一方法，首先是减少购买新物品。工厂生产商品要消耗大量的能源，用飞机、轮船、火车和卡车将商品从工厂运到商店也会消耗大量能源。

人们可以选择暂缓购买新款电子产品，选择继续穿旧衣服，而不是去买新的。这些选择意味着生产新品消耗的能源就会减少。

慎选塑料瓶

2021年，全球生产并销售了超过5000亿个塑料瓶。如果人们选择使用可重复装水的瓶子，就可以将制造这些塑料瓶所用的能源节约下来。

旧物再利用，而不是购买新物，也可以节约能源。可以在慈善商店购买二手衣服，用重复装水的瓶子喝水。还可以捐赠使用过的物品，这样其他人就可以重复使用，让循环继续下去。每一个选择都意味着不需要生产新品。

一个简单的行动可能看起来微不足道，但一切都可以积少成多。不积跬步，无以至千里。

运输方式的选择

公司可以选择高效的运输方式来减少能源消耗。大型船只消耗的燃料最少，燃油效率可能是飞机的两倍，是卡车的20倍。

 

第28—29页

当然，有时人们确实需要购买新东西，而且有时需要的东西没法重复使用。好在家庭和学校使用的很多产品都可以回收利用，包括纸张、玻璃、金属和塑料。

使用回收材料制作东西比使用全新原材料消耗的能源少。例如，使用回收金属制作金属罐比使用全新金属可节省约95%的能源。

单流回收

了解相关规定，有些回收站要求人们将不同类型的材料放进不同的回收箱，有些则允许人们把各种各样的材料放进同一个回收箱。

生产出来的塑料只有少量被成功回收利用，在垃圾填埋场塑料制品需要数百年时间才能分解。

用回收材料可以制造出一些出人意料的东西。塑料酸奶杯和塑料袋可以做成公园长椅，旧衣服可以织成地毯，甚至连运动鞋的鞋底都可以回收利用，用于修建人行道和篮球场。

回收利用的另一好处就是可以让垃圾不进垃圾填埋场。垃圾泛滥的填埋场会污染生态系统，清理起来会耗费更多的能源。

电子垃圾

废电池和旧手机之类的东西叫作“电子垃圾”，这些物品含有对人体健康有害的金属和其他物质，必须以特殊方式回收。

拯救树木

纸张回收大有益处，每回收一吨纸可以拯救超过15棵树，节省成百上千升化石燃料和成千上万升水。

 

第30—31页

要解决大多数类型的回收问题，需要回收中心的帮助。你所要做的就是把可回收材料和垃圾分开，清洗干净，再投进正确的回收箱。

但是也有一些类型的回收工作在家就能做，堆肥就是一个很好的例子。堆肥是能促进植物生长的腐殖材料。树叶、草屑、甚至厨房里的一些蔬果残渣都可以制成堆肥。堆肥制成后，可以用来种植新鲜果蔬供食用。

三角形回收标志

要识别回收箱，只需寻找回收标志。它是一个由三个箭头组成的三角形：一个表示减少，一个表示重复使用，一个表示回收。

分解者

有了蠕虫、昆虫和蘑菇等分解者的帮助，堆肥才有可能形成。这些和其他生物可以分解动植物残骸，帮助养分重新回到土壤。

你也可以把旧东西变成新东西，一个空塑料桶或许可以做成一个不错的花盆，一个果汁盒可以做成一个简单的喂鸟器，碎蜡笔也许可以做成蜡烛。只要稍有创意，几乎没有什么是不能回收利用的。

升级利用

有时，由回收材料制成的商品比用原材料制成的更好、更有价值，这叫升级利用，比如用旧广告牌制成的手提袋和用两升容量的空塑料瓶制成纱线，再织成套头衫。

 

第32—33页

遵循3R原则有助于人们节约能源，但光节约是不够的，可持续性才是未来的关键。

可持续地使用能源意味着既满足我们自己当下的能源需求，同时又确保未来有足够的能源。尽管可再生能源可选项众多，但人们仍然严重依赖不可再生资源来满足他们的需求，这是不可持续的。

符合规范

节约能源的一种方法是建造节能的新住宅和建筑，很多地区都有相关规范，以确保建筑节能。

我们在节能方面面临的一个最大问题就是我们自己，尝试生产能源的新方法需要时间、资金和努力。通常，维持现状比尝试解决世界能源问题更容易，也更省钱。

阳光生财

有些电力公司从屋顶安装了太阳能电池板的客户那里购买多余的电力。

光能

太阳能电池通过释放微小的电子，将太阳能直接转化为电能。这些电子被输送到连接发电站或电池的电线中。

 

第34—35页

未来技术

创造力是解决地球能源问题的关键。你会乘坐以植物油为燃料的公交车吗？会搭乘以绿藻为燃料的飞机吗？有朝一日也许会！科学家和工程师正在探索很多有趣的方法，以确保不管现在还是未来世界上都有足够的能源。

生物质是一种可以用来制造生物燃料的植物材料。生物燃料可以单独作为汽车燃料，也可以与普通汽油混合使用，延长续航时间。有些生物燃料，如乙醇和生物柴油，已广泛使用多年。

在加油站

乙醇和生物柴油是常见的生物燃料，大多数乙醇来自玉米，生物柴油则由食用油和动物脂肪等原料制成。

其他生物燃料还没有如此广泛使用——至少现在还没有。海洋石油泄漏会给海洋生态系统中的动植物带来灾难，但泄漏的燃料如果是用藻类制成的呢？损害会大大减少。

藻类是一种很好的生物燃料源，它可以从海洋获取，也可以在陆地上用水箱种植。然而，制造这种生物燃料成本高昂。科学家正在想方设法改进生产工艺，以便藻类有朝一日能成为普遍采用的生物燃料选项。

炉灶的改良

数千年来，人们砍伐树木来生火取暖和烹饪。但是，现代炉灶改为燃烧木屑、草和秸杆，这既可以节约化石燃料又可以保护树木。

 

第36—37页

海洋也能提供宝贵的电力资源。海水处于无休止的运动当中，海浪冲击海岸，潮起潮落，洋流流经数千公里。这种运动能用于发电吗？在有些地方，已经在这样做了。

潮涨潮落，每天两次。有些水坝利用这种规律，在涨潮时把水围在海湾里，退潮时开闸泄水，水流流向潮位低落的海面，这种力用于转动涡轮机即可发电。

海浪发电

科学家认为，如果把海浪用作能源，可以满足美国沿海地区一半以上的能源需求。

很多科学家认为强大的洋流也可以使涡轮机的叶片转动，但这项技术尚不完善，无法使用，海洋的咸水会腐蚀用来发电的机器。

科学家还担心，这些设备可能会给本已脆弱的海洋生态系统增加负担，建造利用洋流能量的机器可能会破坏海洋栖息地。然而，有朝一日，这项技术可能会得到完善，千家万户可能会由海洋来供电。

快速制冷空调

海水有时会非常冷。将来，建筑物可能会通过特殊系统引入海水，实现降温。这样的系统将比全电动空调更节能。

 

第38—39页

氢也可作为燃料来源。氢是一种元素，元素是一种不可进一步分解的物质。氢是最常见的元素之一，存在于空气和水中，也是所有生物的组成部分。

氢的燃烧性能非常好。它燃烧时会产生巨大能量，是推动火箭升空的燃料之一。但将氢燃料用在其他地方却会产生严重问题。因为氢会骤燃，所以很难安全使用。

空气车

有几家公司已经制造出使用压缩空气驱动的微型汽车，空气从压缩空气箱中逸出时产生的能量足以带动发动机，使汽车行驶。

发射升空！

液态氢为阿尔忒弥斯1号升入太空提供了动力，阿尔忒弥斯1号是把宇航员送上火星的第一步。

然而，氢燃料电池是另一回事。这种燃料电池是安全的，将来可能会用来驱动汽车。使用氢燃料电池的一个好处是它是清洁能源，不释放任何二氧化碳。这些汽车的排气管排出的只有热空气和水蒸气。

当氢与氧发生反应时，会产生电能，从而为电动机提供动力。研究人员正在寻找将氢用作替代燃料的新方法。

粪便动力

污水处理厂处理固体废物（即粪便）时会产生甲烷气体。有些地方会收集并净化这种生物气体，然后用作汽车和卡车的燃料。

 

第40—41页

从我做起

人类未来面临巨大的挑战，拥有足够的能源，满足世人需求，是关系到地球上每个人的问题。寻找解决方案需要每个人的参与，无论年龄大小，无论现在还是将来，你都可以有所作为。

你能做的最简单的事情就是想方设法节约能源，而最简单的方法就是改变你的习惯。离开房间时关灯，如果看到没人的房间里亮着灯，也要关掉。

节约能源不一定是个苦差事，可以把它变成和朋友一起玩的游戏。可以组织一个寻宝游戏，在房子里寻找插电的设备。看到有东西插着电却没人用，问问大人能不能把它拔掉。如果可以，那就把它拔掉！当下一个小小的举动，将来累积起来便可节省大量能源。

添减衣物

普通家庭使用的能源中有一半以上用于供暖。与其把恒温器调高几度，不如穿上一件套头衫，这样既节能又省钱。

享受零食，节约能源

你会慢悠悠地在冰箱里翻找你最喜欢的零食吗？别！如果你快速挑选零食，每年节约下来的能源足够用洗衣机洗50次衣服！

 

第42—43页

能源种类繁多，而你可以帮助节约每种能源。即使是不开车的人也可以帮助减少油耗。减少开车或打车购物的次数有助于节省燃料。为了限制出行次数，可以列一个清单，再检查两遍。这样既省燃料又省时间！

必须前往某地时，想一想你的出行方式。能和同路的人拼车吗？能坐公交车吗？能步行或骑自行车吗？每选择一次节能的出行方式，你都在节省燃料。

节约用水

早晚刷牙时关掉水龙头，每天可节约15至30升水，一个月大约就是760升！

把水从一处运到另一处需要能源，使水能安全饮用同样需要能源。为了节约能源，也为了节约用水，请做出更明智的选择。缩短淋浴时间，在水槽里放满水来洗盘子，不要用流水冲洗。

在合适的地方种树也可以节约能源。树木遮荫，可以减少让住宅保持凉爽所需的能源。

淋浴与泡澡

淋浴需要45到115升水，装满一个浴缸需要265升水。

植树小窍门

为了最大程度上地节约能源，可以在房子的东、西两侧种树。房子的东西两侧比南北两侧接收的阳光要多50%。

 

第44—45页

地球的能源问题不会自行消失，解决这些问题也并非易事，但科学家和工程师都在努力。

各行各业的科学家，包括研究地球和环境的，都在寻找新的方法来利用我们周围的能源。我们的体温能用来给手机充电吗？在舞池里踩踏地板的能量或能发电，照亮一座大楼。科学家提出问题，然后通过实验寻找答案。

绿色工作

清洁能源领域的职业有时被称为“绿色”工作，因为它对环境有益。

工程师通过发明和设计新技术来解决问题，有时，是推陈出新，比如省电的空调；有时，是全新的东西，比如每次被踢时都会收集能量的足球。工程师也发明新的或更高效的流程，让人们能通过不同的方式来使用能源。

你对科学或工程感兴趣吗？也许有一天你会找到应对地球能源挑战的办法。在那之前，尽你所能学习，尽你的一份力量来节约能源吧！

光明的未来

职业规划专家认为能源行业的就业机会将持续增长。