【正文】 光合作用與新能源 常文瑞 中國科學院生物物理研究所 生物大分子國家重點實驗室 1. 能源的現(xiàn)狀與思考 2. 光合作用的貢獻與啟示 3. 光合作用在未來能源產業(yè)中的地位 能源形勢與思考 能源形勢與思考 發(fā)展新型可再生清潔能源勢在必行 ! ? 已探明世界石油資源儲量為 12777億桶 。 按照日均消費量為 桶大約可以使用 。 ? 世界煤炭總可采儲量大約為 10010億噸 ， 按當前的消費水平大約可以持續(xù)使用 190年 。 ? 世界天然氣探明儲量大約為 6040萬億立方英尺 ， 儲采比大約為 ? 世界化石能源的總儲量 按當前消費水平 將只夠使用 100200年 ! 世界能源消耗趨勢 International energy outlook, 2021 到 2050年 ， 世界的能源需求將達到目前的 2倍 。 傳統(tǒng)化石能源 （ 煤炭 、 石油和天然氣等 ） 已在人類長期 、 連續(xù)甚至過度的開發(fā)中 ， 正一步步走向枯竭的邊緣 。 人類面臨的另一個嚴重問題是伴隨產生的大氣中的 CO2濃度的 災難性 升高 : 生物圈每年能夠再循環(huán) CO2 4070億噸，而目前世界每年產生的CO2大約為 250億噸，到 2030年將至少 達到 320億噸 (絕大部分來自于發(fā)電站和運輸燃料 )。 歐洲 “ 利用太陽能生產清潔燃料 ” 的一份白皮書 與能源消耗相關的 CO2排放International energy outlook, 2021 0 0 0 IPCC警告說 : 無論怎樣強調昂貴的能量資源被耗盡和空氣中 CO2濃度災難性升高所帶來的慘重的綜合效應都不過分。 IPCC （ Intergovernmental Panel on Climate Change， 氣候變化的政府間協(xié)商組 ） 的模擬清晰的顯示了問題的嚴重性：模擬預測在 CO2排放量減少后 ， 空氣中 CO2的濃度仍將持續(xù)增長 100~300年 ， 然后才會穩(wěn)定下來 ， 同時地表的空氣溫度將持續(xù)的緩慢增長 100年或更多 。 熱膨脹和冰層融化將使得海平面在未來的幾個世紀中持續(xù)上漲 。 改自 Climate Change 2021： Summary for Policymakers, Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). 據 IPCC估計， 21世紀地球表面溫度將升高 to 176。 C 海平面上升時全球范圍內受影響的區(qū)域 東南亞地區(qū)受海平面上升影響的區(qū)域 我國東部沿海地區(qū)（紅色區(qū)域）將受影響 我國人均化石能源占有量不到世界平均水平的 一半 ， 人均石油占有量不到世界平均的 10%， 人均天然氣占有不到世界平均水平的 5%。 中國將是世界上能源需求量增長最快的國家之一 ， 我國能源消耗量將在10年之后超過美國 。 此外 ， 我國能源結構以煤炭為主 ， 對于 CO2的排放壓力更大 ， 因此 中國對可再生清潔能源的需求尤為迫切 。 中國 的生存和發(fā)展需要足夠的能源支撐 引自： International energy outlook, 2021 中國煤炭消耗趨勢 中，美，印三國能源消耗占全世界的比重 Brookhaven Science Associates . Department of Energy Who are the major users? Artificial nights sky brightness from the Defense Meteorological Satellite Program (The . has % of the world’s population, produces % of the world’s energy, and consumes % of the world’s energy ) 發(fā)展新型可再生清潔能源勢在必行 ! 解決能源問題的根本出路 太陽能 在眾多可再生能源中 太陽能 是最重要的基本能源 太陽能 核 能 水 能 風 能 海洋能 地熱能 生物能 (生物質能 ) 氫 能 太陽能的 能量 太陽向宇宙空間發(fā)射的輻射功率為 1023kW的輻射值 ， 其中 20億分之一到達地球大氣層 。 到達地球大氣層的太陽能 ， 30%被大氣層反射 ， 19%被大氣層吸收 ，其余的到達地球表面 ， 其功率為 80萬億 kW， 也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當于燃燒 500萬噸煤釋放的熱量 。 每小時到達地球表面 （ 包括大氣 ， 陸地和海洋 ） 的太陽能比人類 2021年全世界全年所使用的能量還多 ， 一天到達地表的太陽能相當于地球上所有非再生能源 （ 煤炭 ， 石油 ， 天然氣 ， 鈾礦 ） 的兩倍 。 什么是 太陽能 ? 太陽能是最重要的基本能源，生物質能、風能、潮汐能等都來自太陽能。太陽能是太陽內部進行的核聚變而產生的巨大能量。太陽內部的這種核聚變反應可以維持很長時間，據估計約有 幾十億至幾百億年 ，相對于人類的有限生存時間而言，太陽能可以說是取之不盡、用之不竭、清潔、廉價的理想能源。 2020 2050 2100 1% 24% 64% JRC(歐洲聯(lián)合研究中心 )2021預測 ? 國際社會上提出了要用“ 太陽燃料 ”逐漸取代傳統(tǒng)的“ 化石燃料 ”，將太陽能轉化成人類可以直接利用的清潔能源。 ? 太陽能在未來能源結構中比例