21408111工程学对解决环境与气候变化问题的重要性.doc

工程学与环境气候变化问题的关系 21408111李春林今天听了来自英国布里斯托大学的约翰.麦克威廉姆斯博士的演讲，我想他主要的目的还是在告诉我们布里斯托大学是一所很好的大学在学术上走的很前列，但是讲座的内容还是很精彩，让我们见识了很多工程学上的高科技构想，也了解了工程学对环境和气候变化上能起到什么作用，实在是受益匪浅。首先麦克威廉姆斯博士讲了他这一路前来中国所主持的抗震设计挑战赛：本挑战赛要求各参赛团队完成适用在地震高发区修建的抗震建筑设计方案。 来自英国布里斯托大学的地震工程专家将决定你的抗震建筑设计方案能否成功让你所在的团队成为进入决赛的15强之一。在决赛中，你所在团队将需要对其设计方案向专家评审团进行正式演示，并在现场搭建你队设计的建筑模型，将其放在“模拟地震振动台”上进行测试。“模拟地震振动台”能够模拟地震发生时的情形，因此能够确认哪幢参赛建筑模型最能行之有效地“抗震”。 抗震建筑设计挑战赛要求你所在的团队充分展示其创意思维、交流沟通和解决复杂问题的核心技能以及团队合作精神，而这些技能正是许多雇主和大学极为重视的素质。同时，你也可以借此机会与英国最负盛名和研究型大学之一 英国布里斯托大学，以及英国使/领馆文化教育处进行合作与交流。 总之是要求设计一栋抗震建筑，我们东大也有参赛队，他们采用的是悬吊式的框架结构房屋，也就是说通过房屋在地震中的位移消去地震的能量。经测验他们的模型能够抵抗0.4G的加速度。我记得我有看过本校的抗震结构设计貌似最高能够承受的在1.1G以上，我想可能是他们的设计方案比较独特所以可以脱颖而出吧。不过我觉得他们的结构首先悬索部分会产生应力集中容易破坏，因为如果房屋是钢筋混凝土结构的话重量非常大。如果房屋是木结构而基座是钢筋混凝土结构的话就说的通，但是那样耐久性可能不够好而且发生火灾的话将会非常危险。那么基座至少在顶端部分应该是钢结构才能承载一个混凝土的房子吧，那样造价应该不菲。不过话说回来他们的设计非常漂亮而且有创意，而且肯定经过了精密的计算，我的担心多半是多余的，相信他们应该会取得一个不错的成绩。麦克威廉姆斯博士首先提到了地震的特点，并指出传统设计是在静止条件下设计的，因此遇到地震就容易破坏。他说在很多富裕的国家比如日本美国同时也是地震的高发区，因为他们很有钱所以通过建造昂贵的抗震建筑来防震，但是这样成本很高。但是在布里斯托大学最新的研究成果抗震墙纸，只要在墙上贴上这种壁纸，墙壁在地震的时候就不会倒塌，他还放了一个实验的视频，抗震墙纸果然十分了得，但同时我也注意到实验中的只是普通的砖墙。当时我很想问一下（因为英语蹩脚放弃了），在一般的大楼中主要是框架结构，也就是说主要承重结构是柱梁板，这些都是钢筋混凝土结构，假设地震强度大到连钢筋混凝土结构都遭到破坏了，主要框架已经坏了墙纸难道还能够保护什么吗？所以我猜想他的墙纸主要是应用于单层或两层的农村民房没有钢筋的结构或者配筋不足的结构，对于大楼我想应该还是要提高梁柱的延度，合理配筋，而且使用的砼强度不能太高，这样才是根本的解决之道吧。不过即使是能够防止砖墙倒塌那也是一项了不起的创举了，因为很多时候大楼并没有整体垮掉只是墙体倒下把人压死，能够发明出这样的墙纸已经可以拯救很多人的性命了。然后是这次讲座的重点，也就是工程学在气候变化上能够做出什么样的贡献。博士指出：近40年来温室气体的排放量升幅占历年总和的70%，引发了很多洪水与干旱。气候变化问题不仅需要单个国家单个团体的努力，更需要不同国家不同学科的联合。中国在发展绿色能源方面投资远大，单是2009年久投入34亿美元远远超过美国所有企业在这方面投资的总和18.6亿美元。他说能够解决气候问题的关键就在于工程师。工程师能够在三个方面改变现状：建筑环境、能源与环境管理、交通工具。在英国，40%的碳排放量是建筑造成的，在混凝土硬化过程中放出大量的热排出二氧化碳，而且照明供暖等设备也放出二氧化碳。听到这里我不禁感到我以前的认识是多么浅薄，我以为混凝土中含有很多石灰，所以在空气中会吸收二氧化碳慢慢变成碳酸钙，还以为照明供暖等设施作为电力设备不会放出二氧化碳。麦克威廉姆斯博士颠覆了我的认识。为了解决建筑排放二氧化碳的问题，他提到两种新型复合材料石灰-木复合材料和碳纤维复合材料。石灰和木头在压缩性上十分接近（应为译者口误，是温度应变吧），所以把他们混合可以做成一种新型坚固材料，强度不在混凝土之下而且很轻不会排放二氧化碳。而碳纤维结构可以看到是空心的三角形结构，正在测试中用于路面和桥面，主要承重还是由钢筋砼结构支撑。我想很轻对于抗震是非常有用的，但是不会排放二氧化碳这点有个同学问了说砍了树不是更破坏环境更加增加碳？博士说确实会增加关键是看增加的碳和混凝土增加的碳哪个比较少。他说成本和强度和碳排放这些应该都不是问题，主要是现在用的砼已经发展100年了，所以大家对砼的性能和加工很了解，而这些新型复合材料的性能大家都不了解，做研究不能只在实验室里做，要和上层政府能够做出决策的人打好关系才能应用到现实中。这句话让我受益匪浅，同时也了解到英国并不是那么公正的，也有着像中国这样复杂的人际关系网。博士还提到Dr Adam Crewe尝试改变他们家的生活模式，可以在不减少舒适的情况下减少10%的能源账单，Dr Adam Crewe认为如果继续下去他还能够减少20%。如果每个人都能像他一样的话京都议定书的目标将是很容易就达到的。接下来他还讲了要转变挖煤挖石油来烧的方式，寻找更清洁的能源，比如小水力发电站项目，太阳能潮汐能项目等。最后博士还提到了英国的“风神”风动力汽车比赛，他们学校的参赛队伍采用的是两个涡轮、电力控制方向，风力驱动的车 以下是工程学解决环境气候问题的七大构想 人造火山一个潜在的方案被称为“人造火山”，即将硫微粒喷射到高层大气。如图所示，硫颗粒就像一面巨大的遮阳伞，阻滞阳光和热量，将其反射回太空。火山灰中就含有硫。本周，艾西洛玛国际气候干预技术大会将在美国加利福尼亚州的帕西菲克格罗夫市召开，与会代表将详细讨论“人造火山”及其它应对全球气候变化的紧急方案。此次会议将尝试起草世界上第一个地球工程学研究道德行为规范。 美国企业研究所地球工程学计划主任塞缪尔-瑟斯特罗姆(Samuel Thernstrom)指出，这并不代表这些应急方案会在不久的将来投入使用。美国企业研究所是一家总部设在华盛顿的政策研究机构。不过，专家应该认真考虑这些方案，包括人为改变气候。瑟斯特罗姆说：“我们应该加深对地球工程学的了解。气候变化不是一个能在短期内得到解决的问题，至少我们在有生之年是解决不了了。但是，我们可以对气候变化加以控制。” 沙漠造林 专家称，沙漠造林或许能够吸收大气中更多的温室气体，比如二氧化碳，这一地球工程学创意已经扎根于非洲。例如，非洲13个国家正在建立“绿色长城”，希望让树林在阻止撒哈拉沙漠扩张的同时，吸收更多的二氧化碳。“撒哈拉森林计划”的组织者计划在可再生能源设施沿线植树造林，这些设施专门为世界各地的沙漠地区所设计。 美国气候研究所(Climate Institute)气候项目首席科学家迈克尔-麦克拉肯(Michael MacCracken)表示，如果温室气体排放量继续飙升，“绿色沙漠”可能没有足够多的吸碳能力以降低大气中的二氧化碳含量。气候研究所是一个总部设在美国华盛顿的非营利机构。不过，麦克拉肯同时指出，在一个低碳世界中，沙漠造林可能不失为一个减少二氧化碳排放的良策。 生物炭 “生物炭”或许与土壤一样年代古老，但专家表示，亚马逊流域印第安人制作“生物炭”的做法可能是抗击全球气候变化的好办法。据国际生物炭倡导组织介绍，生物炭数量丰富，渗透性强，可以通过加热农业废料制造，一旦重返土壤，它们可以在接下来的数百甚至数千年里在土壤中吸收碳。相比之下，森林的吸碳能力有限，因为如果树木被砍伐或死去，温室气体即会溜掉。瑟斯特罗姆将生物炭归于他“值得探索”的类别，麦克拉肯同样持这种观点，他认为，除了吸收二氧化碳，生物炭还有改善土质的好处。 海藻农场海藻可能是绿藻类层(pond scum)的“近亲”，但在推动种植海藻以降低二氧化碳排放的科学家眼中，它们显然具有更为“高尚”的地位。在这张照片中，印度尼西亚巴厘岛的妇女正在收获海藻。据韩国釜山国立大学“海藻清洁发展机制项目”介绍，地球上一半的光合作用发生在海洋，而在海洋中，光合作用主要发生于一种称为浮游植物的微小海洋植物身上。 浮游植物是无法在地里种植的。相比之下，沿海地区可以轻易种植海藻，科学家希望将这作为增强海洋吸碳能力的潜在方案。麦克拉肯表示，除此之外，人们还可以在收获海藻以后，将其变成可再生燃料，这确实是一举两得。在光合作用中，阳光将二氧化碳转变为能量的过程。 造云船 “造云船”令人不由地想到远洋航行的“弹簧单高跷”(儿童玩具)，但这种设计或许能作为地球工程学方案对抗气候变化。据科学家介绍，造云船由风能驱动，漂浮在海面上，向天空喷射雾状海盐，从而形成海洋云。这种云比正常的云密度更高、更白，所以能将更多的太阳热量反射回太空。美国企业研究所的瑟斯特罗姆表示，“造云船”的造价相对低，将约1500艘部署在海面上，或许能起到立竿见影的冷却效果。他说：“我们远不能确定这种方法是否奏效，但确实是一个值得我们认真研究的可行理论。” 白屋顶 据科学家介绍，如果将屋顶刷成白色，如照片中这些建在百慕大汉密尔顿的房屋，它们可以反射更多的阳光，这或许是解决气候变化最简单的地球工程学方案之一。美国劳伦斯-伯克利国家实验室的研究人员表示，黑屋顶的反射率约为10%至20%，相比之下，白屋顶的反射率则达到70%至80%。美国气候研究所的麦克拉肯说，此外，白屋顶还有一个好处：屋顶反光的建筑物里面不会像普通建筑物那么热，从而会降低空调的用电量 向海洋撒铁 专家介绍，向海洋中人工撒铁可以刺激称为浮游植物的微小海洋植物的生长，而这种海洋植物可以吸收二氧化碳。图中所示是南极洲附近的浮游生物。通常情况下，铁物质可由大风吹入海洋，刺激海洋生物生长。科学家在世界各地实施了大量初步的撒铁实验，获得了不同程度地成功。在其中一次实验中，生长受到铁物质刺激的植物不久即被虾类动物吃掉，令实验效果大打折扣。 麦克拉肯表示，无论人工向海洋撒铁的尝试结果如何，寻找一条适合地球工程学的抗击气候变化之法都至关重要，因为许多方