第四章温室效应的控制
多年来，在关于全球环境变化的研究讨论中，受到关注最大、投入最多、争议最激烈、炒得最火爆的就要算温室效应问题了。
联合国气候变化框架公约阐明：承认地球气候的变化及其不利影响是人类共同关心的问题，感到忧虑的是，人类活动已大幅增加大气中温室气体的浓度，从而增强了全球温室效应，使地球表面和大气层进一步增温，并可能对自然生态系统和人类产生不利影响。
4.1温室效应概念
自然界的一切物体都以电磁波的形式向周围放射能量，这种传播能量的方式就是辐射。一般来说，任何物体的辐射能量和辐射波长都取决于物体的温度，高温物体向外发出高能短波辐射，而低温物体则发出低能长波辐射。吸收电磁波的物体，必定放射电磁波，否则只吸收不放射，其物体的温度将无限上升。各物体的温度由于能量收支取得平衡而稳定。地球处于距太阳非常遥远的地方，只能吸收太阳放射的电磁波极小部分（仅从太阳面对地球方向放射的电磁波），而地球却从其全部表面放射着电磁波。
根据地球红外线能量计算，理论上的地球平均表面温度为254.5K(-18.5℃),也被称作地球等价黑体温度。然而对地球平均表面温度进行实际测量，则为288K(15℃)，实际与理论出现了33.5℃的差异。产生这种差异的原因在于大气存在水蒸气、甲烷（CH4）等微量气体成分，一方面能让太阳光通过，加热地球表面；另一气方面，却能吸收由地球表面反向回宇宙空间的远红外线，从而对大气起加热作用，维持地球气温于一定水平，为人类和地球上所有生物提供了适宜的生存温度和气候。这种现象称作温室效应，也被称为花房效应，是地球大气层上的一种物理特性。
地球从太阳得到辐射能，主要为可见光和近红外线，波长在0.2~4μm，平均342W/m2，其中约30%为空气分子、云、气溶胶或地面所直接反射，其余部分为地面吸收，变成热能，并以红外线方式发射回宇宙空间，波长在4~100μm，因而保持能量的收支平衡。
地球能量的收支平衡如图4.1，假设从宇宙空间辐射到地球的太阳能为100%，那么其中的30%通过云层、大气、地表面等反射，直接返归向宇宙。这30%中约20%通过云层反射，6%通过大气反射（空气扩散），剩余的4%通过地表面反射。另外的太阳能(70%)被云层、大气和地表面吸收。通过大气(水蒸气、二氧化碳、臭氧、灰尘等温室效应气体）吸收16%，通过云层吸收3%，通过地表面吸收51%。另一方面，地球将由地表面吸收的相等能量(51%)返归于宇宙。其中，作为红外线为21%(其中,15%被水蒸气、二氧化碳、臭氧等气体吸收，所以实质仅6%返归宇宙），作为水分的蒸发潜热为23%，作为通过对等热移动的显热为7%。这样，地球的均衡得以保持。这里所谓潜热，是指没有地表面作为红外线而放射的能量从地表面作为热传给大气的能量。具体地说，是在蒸发时，以气化热的形式从地表面失去的能量.另外所谓县热,是反映通过空气对流等,地表热直接传递到大气中的热。
从图4.1很明显地看到，地球整体吸收的能量与放射的能量充分达到均衡。另外它还与纬度有关.从北纬5度倒35度的低纬地区，两半球吸收的能量都比放射的能量大；相反,超过35纬度的高纬度地区，两半球较之吸收的能量，放射的能量更大。作为整体，通过在低纬度地区过剩吸收能量，在高纬度地区过剩放射能量，从而取得平衡。
温室效应使地球成为生物能够生存的温暖世界，但目前随着人类生产和生活活动的规模越来越大，向大气排放了过量的一些气体，远远超过了自然所能消纳的程度，导致这类微量气体在大气中迅速积聚，从而使地球大气的温室效应增强，造成气温上升和全球气体的变化。由此影响到地球生物圈的稳定和人类社会生活，成为持续发展所面临的最重大的环境问题。
4.2温室效应气体
在联合国气候变化框架公约中，把“大气中那些吸收和重新放出红外辐射的自然和人为的气体成分”称为温室效应气体，或简称温室气体。
大气中主要的温室气体有水蒸气(H2O)、二氧化碳(CO2)、甲烷（CH4)、一氧化二氮(N2O)、臭氧(O3)和氯氟烃(CFCs)等.
大气中温室效应的气体的存在量极低，水蒸气只有大气总量的0.5%，二氧化碳仅占大气总量的0.04%，其他气体所占份额更少。任何一种气体，在同样的温度中，以同样的压力，在同一体积中，其所含分子数相同。这样，比较气体体积，也就成了比较气体的分子数。通常，把0℃，1atm的状态称作标准状况。如果把地球的全部大气换算成这一标准状态，那么大约厚达8000m。如把温室气体分别换算为各自的标准状况，那么二氧化碳体积比为35010-6,厚度约为2.8m;甲烷体积比为1.710-6,厚度约为1.4m;臭氧体积比为40010-9，厚度约为3mm;一氧化二氮体积比纬31010-9,厚度为2.5mm;氟利昂体积比纬40010-12,厚度为3.
温室气体占大气的体积比不足1%,含量甚微,但其微小的变化波及环境的影响却十分巨大.水蒸气是自然温室气体的代表,它再吸收红外线方面起着十分重要的作用.实际上,大气层所吸收的红外线中90%是水蒸气,云和CO2 去完成的,其余10%才是由其它痕量气体完成。不过，现在作为全球气候变暖原因的温室气体，主要是指人类活动所增加的气体成分，如二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、对流层臭氧、氯氟烃等，这也是人类能够主动控制的部分。大气层中的水蒸气并不直接受人类活动所影响。
4.2.1二氧化碳
二氧化碳(CO2)是数量最大的温室气体，约占大气总容量0.35%。二氧化碳是一种无色、无味的气体，既不可燃，又不助燃，比氧气或氢气更易溶解于水。二氧化碳相对分子质量为44，是空气密度的1.52倍,标准状态下的密度为1.796kg/m3。二氧化碳的临界压力7.29MPa，临界温度为31.1，加压容易变成无色液体，当液态的二氧化碳暴露在空气中时，其中一部分迅速蒸发并吸收大量的热，使其余部分液态二氧化碳的温度急剧下降，凝成雪花状的固体.固体二氧化碳可直接升华，其升华潜热为590.34J/g，产生-78℃低温，因此是一种良好的制冷剂。经过压缩的固体二氧化碳外形像冰，称作干冰。二氧化碳分子热稳定性很高，在2000℃的高温下，只有1.8%分解成CO和O2，因此二氧化碳在低空大气中相当稳定，不发生任何化学反应，一般在大气圈停留5~10年,CO2与水混合时,呈弱酸性,可腐蚀某些金属,但对铜类及不锈钢金属不腐蚀.二氧化碳是一种无毒气体,对人体无显著危害作用.在45亿年前地球诞生时,大气中CO2的浓度曾高达300010-6.后来,大部分被海洋吸收.绿色植物出现后,通过光合作用吸收部分二氧化碳,并产生氧气,大气中二氧化碳的浓度逐渐降低,最终,维持在不足30010-6的范围内.碳以各种形式循环再大气圈/水圈/生物圈中.
根据南极大陆冰川滚地式调查得知,南极大陆冰川中的气泡,分别刻印着各个时代的大气,这就是所谓的”空气化石”,根据气泡分析,能够了解各个年代CO2的浓度.在冰河时代,地球大气中CO2浓度为18010-6,气温比现在低2左右,冰川期结束后，大气中二氧化碳浓度增至28010-6，此后直至19世纪均无大变化。
但是，自19世纪工业革命以来，大气中二氧化碳的浓度迅速增加，短短200年间，就由275ppm激增至375ppm，据推算大气中二氧化碳没增加1ppm，相当于大气中积累二氧化碳21.3忆吨（以碳计）。据科学家推测，按照目前的速率，到2030年~2050年，大气中二氧化碳的浓度将比工业革命之前增加1倍，达到550ppm，全球气温因此有可能升高1.5~4.
大气中二氧化碳的浓度上升主要是人为因素造成的，包括土地植被破坏，矿物燃料燃烧。根据联合国环境规划署（UNEP）估算，热带地区的土地利用改变释放的二氧化碳每年释放约1.33亿吨碳，而燃烧矿物燃料，生产水泥等排放的二氧化碳量每年高达55亿吨，如表所示。
4.2.2甲烷
甲烷（CH4）是仅次于成为问题的温室气体，CH4是主要由厌氧微生物活动产生，其增长与世界人口的增长趋势一致。
大气中CH4的浓度，在200年前大约为0.8ppm，100年前增加至0.9ppm。根据冰川生物气泡分析，CH4也与CO2一样，从18世纪中叶开始增加，进入20世纪后，呈急剧增加势态，如图所示，大气中CH4现存留49亿吨，每年以1%的比例增加。按目前的速度发展2030，年，大气中甲烷约比现在增加40%，达到2.34ppm，2050年可上升到2.5ppm。
大气中CH4浓度的纬度分布与二氧化碳浓度高，一样，北半球中，高纬度的CH4浓度高，南半球低，这表明与人类活动密切相关。北半球中、高纬度与南半球的平均浓度差约13010-9，南半球比北半球滞后7~8年。与此相比，南北半球的CO2相差3ppm，南半球仅比北半球滞后2年，这表明，CH4在大气中易被氧化成其他物质，寿命不长。现每年平均排放到大气中的CH4约有4.25亿吨，但积累量只有约5000万吨。约有3.75亿吨被氧化破坏了。
CH4的主要来源是沼泽、稻田和反动物，其它尚有生物燃料、固体有机物地下分解和天然气逸散以及煤矿逸出等，如表所示。
表大气中甲烷的来源
在大气CH4主要与OH反应,而OH浓度可因CO反应而降低。由于化石燃料的不完全燃烧而使大气中CO2增加，相应地也减少了OH基的浓度，因之也减少了OH基与CH4的反应，从而导致大气中CH4的增加。这被认为是大气中CH4增加的间接原因，但至今几乎未做过定量的研究。
4.2.3一氧化二氮
N2O是一毒性强，吸进人体，面部局部痉挛表现出笑状，因而又被称作“笑气”。N2O是一种极稳定的化合物，它在大气中平均存在150年，因而可在大气中不断积累。在对流层，它是一种重要的温室气体。当它上升到平流层时，它将破坏地球的臭氧层。N2O既由天然产生，也由人为产生。N2O浓度的历史性增长率与矿物燃料，特别是煤和燃油的利用增长密切相关。
据UNEP报告，每年由土壤产生的N2O为600万吨，海洋和淡水水域产生为200万吨，燃烧沼气产生100`200万吨，燃烧矿物燃料产生190万吨，含氮肥料的施用产生60~230万吨，其他尚有毁林和发电等，总计每年约产生1200~1500万吨。
从1880年至1980年，排人大气中的N2O已由每年900万吨上升至1400万吨，从1940年开始，大气中N2O浓度开始出现明显增长趋势，当时的浓度约28510-9,目前，大气中N2O浓度达到31010-9，每年增加，约以0.26%的速率递增，增长情况如表所示。
4.2.4对流臭氧层
O3在平流层由于氟利昂增加而遭到破坏，不断减少，着就是臭氧层环境问题。O3在对流层反而增加，这有造成温室效应气体的环境问题。近年，氮氧化物等污染物导致对流层对流层O3增加令人关注。根据欧洲观察，地面上O3浓度在19世纪末至20世纪初大约在1010-9的水平，最近有显著增加的趋势，年增长率在2~3%。这样的势头在其他地方也观察到了，如阿拉加斯加的巴罗，年年增长率月为0.8%，夏威夷为1.4%，对流层中O3增加的趋势树脂在高空的琉璃大气中已观察到。有报告称，北半球中纬度游离大气中增加率为0.5~3%。但至今未发现南半球发现O3咋i对流层增加的趋势。
对流层O3增加的主要原因是人为排放NO2所致，NO2光解生成氧原子，氧原子将空气中的氧分子氧化成O3，O3浓度在不同的地理位置、纬度和经度，在一天不同的时间也大不相同。目前对O3只有一些零星观察，对其全面尚未把握。
4.2.5氯氟烃
CFCs是一种主要的破坏大气臭氧层物质，同时也是主要的温室气体之一。CFCs性质稳定，能在大气中长期存留。随着生产和消费的增加，大气中的CFCs也在逐步增加，如表。CFCs中CFC-11及CFC-12较为重要，因为其浓度比较高以及它们对平流层O3有很大影响。两者都是每年增加5%.，是威胁物质。
CFCs广泛用作制冷剂，发泡剂、清洗剂喷雾剂，灭火剂以及溶剂等。全世界每年生产和消费的多CFCs量达100多万吨，年增长率为5%..
温室气体还有许多，这里仅对上述几种做简要介绍。
4.3温室效应作用
80年代的研究结果认为，人为造成的温室气体对全球温室效应的贡献为：
CFC占24%，CH4占14%，H2O占6%，其他气体占1%。根据推测，在本世纪，地球温暖化中的微量气体的温室效应造成的结果将达到50%以上。人工微量气体虽然微乎其微，但温室效应较则远远的高，已处于不可忽视的状况。各种温室气体对地球的能量平衡有不同程度的影响。为了帮助决策者能量度各种温室气体对地球变暖的影响，政府间气候变化委员会（IPCC）在1990年的报告中引入“全球变暖潜能”的概念。“全球变暖潜能”是反映温室气体的相对强度，其定义是指某一单位质量的温室气体在一定时间内相对于的累积辐射力。辐射力的定义是由于太阳或红外线辐射分量的转变而引致对流层顶部的平均辐射改变。辐射力影响了地球吸收和释放辐射的平衡。正值的辐射力会使地球表面变暖，负值的辐射力使地球表面变凉。全球变暖潜能含有一些不确定因素，以CO2作为相对比较，一般约在35%左右。
大气中温室气体的累计而造成温室效应的增强，将首先使地球气温上升，气候变暖，并由此导致海平面上升。
4.3.1气候变暖
在漫长的地球历史中，气候适中处于变化和波动之中，引起地球系统波动的原因很多，可归纳为天文原因和人为原因，天文原因是由于太阳活动、地球轨迹参数变化的改变，地球外物体撞击等.认为影响有燃烧大量化石燃料释放温室气体,砍伐森林以及减少农作物耕种等间接增加大气中温室气体等.
最新分析表明,过去的100年中,全球地表面温度平均上升了0.6.目前,各种气候模型是以CO2增加所导致的气候变暖胃对象进行预测的,有的气候模型预测结果指出,如果大气中CO2难度增加一倍,全球温度将上升3~5,这比过去一万年地球平均气温的变化还要大。IPCC利用有关气候模式模拟结果还说明，本世纪内全球平均气温将以每10年0.2~0.5℃的速率持续升温,如果化石燃料减少,2050年的升温也许可控制在0.3左右,这样的升温将给地球上各种类型的生态系统形成巨大威胁，对人类生活也产生直接和间接的影响。
在全球气候变暖的同时，局部地区也有可能气温下降。英国研究人员最新发现，因为温室效应加速了北极浮冰的溶化，导致了英国冬季气候温暖和港口终年不结冰的湾流出现减弱迹象。研究人员尚不能确定降温的范围将有多大，但估计英国的冬季平均温度可能会下降多5℃以下，而有些学者预测英国冬季气温会降得更多，英国冬季平均温度降到0℃以下,;冷如西伯利亚和阿拉斯加。
温室效应无疑是全球变暖最重要的原因之一,但也存在气候变冷的假说,但时间证明全球的气温是在升高.
4.3.2海平面上升
全球变暖导致南北极的冰川溶化,甚至喜马拉雅山的冰雪也大面积溶化,另外海水受热膨胀,这些都导致还平面上升.
根据燃料的的不同消耗速率和大气CO2的不同增长率,预计到2050年,海平面比1980年上升12.0~27.5cm.或者说在CO2增加一倍的情况下,海平面增加(65+_35)cm,这种情况是完全可能出现的.13万年前地球气温比现在高约23℃,还平面比现在就搞出6m左右,IPCC对海平面上升的预测较宽,认为到2100年,海平面将上升13~39cm，最大上升幅度是49cm。
据美国国家海洋大气管理局的研究报告，世界大洋温度正以每年0.1上升，有关文献显示，全世界海平面在过去的100年里平均上升14.4cm，我国沿海海平面也平均上升了11.5cm。
海平面的显著上升将严重威胁地势低洼的岛屿和沿海低洼地区，带来一系列的政治、经济问题，现在太平洋的一些岛国已经面临着海水涨潮淹没，南太平洋岛国—图瓦卢由于气候变暖的影响，镶嵌在太平洋之中的狭长陆地正被一波又一波的海水侵蚀，孤绝的岛屿们极有可能永远被海水淹没。”国家航空和宇宙航行局”戈达德空间研究所(NANSGoddardInstituteforSpaceStudies)的负责人Dr.JamesE.Hamsen为首的10位科学家的研究报告称:大气中CO2的浓度超过350ppm这个警戒线(红线)则地球处于危险状况,但自1988年以来,地球大气中CO2的ppm始终处于350ppm以上.该机构公布的地球大气2012年前十个月的数据见表。
表2012年大气中CO2检测数据表.
日期 CO2浓度/ppm 2012年1月 393.09 2012年2月 393.50 2012年3月 394.44 2012年4月 396.18 2012年5月 396.78 2012年6月 395.82 2012年7月 394.30 2012年8月 392.42 2012年9月 391.07 2012年10月 391.03 表2010、2011、2012年10月的CO2浓度表
日期 2010年10月 2011年10月 2012年10月 CO2浓度 387.15 388.92 391.03
同样对比2010年10月、2011年10月和2012年10月的大气CO2ppm,见表.可以发现,大气中CO2不但没有减少,反而在逐年增加.2012年10月比2010年同期增加了3.8ppm，增幅为1%。
4.4温室效应控制
全球气候变化是当代和后代人类持续发展所面临的严重挑战。全球气候变暖主要是人类活动过多地排放温室效应气体、干扰地球大气的热量平衡造成的。因此，控制全球气候变暖主要从控制温室气体排放着眼。在各种温室气体中，CO2排放量最大，占温室效应份额亦最多，因而成为气候变暖控制的战略焦点。在稳定大气CO2量，即控制CO2排放源；有两个基本方向：一是减少化石能源消耗所排放的CO2,即控制CO2排放量；二是增加自然界吸收的CO2的汇集。据计算，今后要把CO2浓度保持在目前水平，有必要把的排放量削减50~80%（平均60.5%），将现在CO2的排放量换算为碳量，每年为60亿吨。把它消减60.5%，就意味着至少要削减约把它削减30亿吨。怎样有效地控制温室效应，防止全球气候变暖，是一个很值得人们深入研究的问题。
6.4.1制定严格的公约和履行各自的义务
面对我们赖以生存的地球变暖的危机，保护气候是需要全人类共同来履行的义务。世界各国都在减少温室气体的排放方面签署了一系列国际公约。1992年6月,154个工业国家在巴西里约热内卢召开的“联合国环境与发展大会”签署了《气候变化框架公约》(FCCC)。该公约要求各国采取相应的政策和措施减少温室气体的排放。1997年12月在日本京都举行的第3年次会议取得实质性的进展，签署了《京都协议书》。该协议要求38个工业化国家在2008~2012年将温室气体排放量降低到1990年下降5.2%,削减幅度分别为欧盟8%，美国7%，有些国家削减幅度较小.另外也规定了削减的6种温室气体，分别为CO2/CH4/NOx和另外三种用于取代氯氟烃的卤烃.同时也指出,不能实现限制减排目标的国家,可以从指标未用完的国家购买新”配额”,并规定违约的处理方式.对包括温室气体排放的大国----中国/印度在内的第三世界国家,京都会议认为克自愿制定排放目标.虽然中国目前没有减排CO2的义务,但我国作为公约缔约方之一,也在履行该公约的要求.2007年在印度尼西亚的巴厘岛,签署了《巴厘路线图》,提出加强落实《联合国气候变化框架公约》的决定，即《巴厘行动计划》；二是推动《议定书》发达国家缔约方在第一承诺期（2008－2012年）切实履行其减排温室气体承诺.2009年在丹麦的哥本哈根签署了《哥本哈根协议》,主要内容是就各国二氧化碳的排放量问题，签署协议，根据各国的GDP大小减少二氧化碳的排放量,我国在哥本哈根协议前承诺到2020年,单位国内生产总值比2005年下降40%~45%.2010年在墨西哥的坎昆签订了《坎昆协议》指出.2011年在南非德班召开会议,决定建立德班增强行动平台特设工作组,决定实施《京都协议书》第二承诺期,并启动绿色气候基金.2012年5月和11月分别在德国波恩和卡塔尔多哈召开会议,就发达国家与发展中国家的二氧化碳排放进行谈判,协商.
通过一系列国际气候会议,不论是发达国家还是发展中国家都对减少二氧化碳的排放承担一份责任,都必须完成在各个协议书中减排CO2的承诺.
6.4.2实施节能减排审计和碳踪迹调查
节能减排审计是节能减排审计是指能源审计机构依据国家有关的节能法规和标准,对企业和其他用能单位能源利用及CO2排放的物理过程和财务过程进行的检验、核查和分析评价。它科学规范地对用能单位能源利用和CO2排放状况进行定量分析,对用能单位能源利用效率、消耗水平、能源经济与环境效果进行审计、监测、诊断和评价,从而寻求节能的减少CO2排放潜力与机会。
碳踪迹(corbonfootprint)是用以描述某一特定活动或实体所排放温室气体量的术语,这是任何一个组织或个人来评价
6.4.3提高能源利用效率
提高能源利用效率是目前限控制CO2排放量最经济可行并且容易被普通接受的重要措施。现代经济的发展是以大量消费化石能源为基础的。但是有限的能源资源量与无限增长的需求之间永远存在矛盾。根据确认的化石能源埋藏量和能源的使用量增长情况，已计算出化石能源使用寿命(R/p=资源量／年产量)为：
石油R/p=43年R=8873亿桶
天然气R/p=56年R=108兆立方米
煤R/p=174年R=7308亿吨
因此，在寻找到并最终实现向新的能源安全过渡之前，节能的技术开发和提高能源效率将成为现代经济持续发展的建筑基础。提高能源效率，从技术上讲，主要是提高热的有效利用，如采用富氧燃烧（助燃空气氧量超过21%）以减少排气的能量损失、余热利用、助燃空气加热、改进燃烧设备等。提高传热效率，如脉动燃烧法可提高传热系数3倍左右等。
从热机工作的效率来看，锅炉产生的水蒸气供给汽轮机作功，根据热力学定理，在理想循环中工作热机的效率为：
式中：η—热机效率，%；
T1—高温热源对工质加热过程的平均温度，K;
T2—工质对冷源放热过程的平均温度，K。
由（）式可见，锅炉给水温度、工作压力、过热与再热蒸汽的温度越高，工质（H2O）在加热过程中的平均温度T1就越高。因此，人们为获得热机的高效率，将锅炉蒸汽温度不断提高，有过去饱和蒸汽锅炉发展到过热蒸汽锅炉，又发展到亚临界蒸汽锅炉，从亚临界锅炉发展到超临界蒸汽锅炉（水的温度大于374℃，压力大于22.4MPa），直至今日的超超临界锅炉（主蒸汽压力在28MPa以上，主蒸汽、再热蒸汽温度在580℃以上）。最早的超临界锅炉问世于1949年，有前苏联研制成功；2000年美国的GE公司在日本东芝株式会社的配合下设计并制造了水蒸汽参数为：压力为24.8MPa，温度为610℃的超临界锅炉。从供电千瓦耗煤量来看，亚临界机组为：330~340g/kwh，超临界机组为310~320g/kwh，超超临界机组为：290~300g/kwh。我国目前通过锅炉升级改造，淘汰10万千瓦以下的机组，提高锅炉的热效率，间歇减少CO2的排放。
提高能源转换效率，如热电联产、燃煤电厂的气化复合技术、加压流化床燃烧等。还有开发电力储存系统、超级热泵能量蓄积系统、燃料电池电力生产技术等。
提高能效是目前控制CO2排放量最现实的战略，已成为世界各国努力的重要目标。依靠现有技术，可以使照明系统的能效提高3倍，新汽车的燃料经济性亦可提高1倍。在照明电动机和装置方面的能效提高可减少能耗40~75%，通过改进燃烧炉和空调机以及建筑物和窗户绝热性的改进可大幅度减少采暖和制冷的能耗。
4.4.4节约能源
节能既是一种能源技术的革新，也是人们观念上的一次革命。例如，从节能出发，将需要改进住宅等建筑物隔热结构设计，如：在上海市，采取平顶楼房的顶部家装坡性房顶，楼的墙体外部加装隔热材料—在建筑被动太阳房，在建筑物中安装太阳能热水器、太阳能电池等自然能利用设施。又如今后的用品，小型化和多功能化将越来越受到推崇、而耗能和消耗原材料大的设计和产品都会被淘汰。现在每加仑汽油可行驶70~100英里的家庭用汽车已揭开序幕，美国和瑞典超级绝缘房屋也已问世，其所需能量只及现在房屋的1/10.研究还表明，现有的商业性可行的能源效率措施可削减电马达、房屋设备、照明和钢铁冶炼的能量需求的50%，而使用现有技术可使美国的能效提高1倍以上。
节能主要是从用能方式考虑的提高能源效率的措施，包括的内容很多，本身是一个巨大的系统工程。首先节能包括构筑新的能源体系：包括海水、河水、都市废热等未利用能源的应用；提高能源管理水平；物流和运输的合理化和高效化；提高汽车燃料费用；提高产业和全社会的能源利用率等，其次包括的开发和应用。用重视技术开发，理顺开发体制，有计划地进行综合技术开发和推广应用。节能还包括产业的企业实体确定节能目标，提供必要的情报服务和确定具体实施手段等。日本是世界上最重视节能的国家，其能源利用效率也比其他工业化国家高。
4.4.5原子能利用
在可再生能源成为主要的能源之前，原子能可能是惟一能取代化石燃料而成为大规模能源的选择。原子能利用已有40多年了。法国是世界上核能利用比例最高的国家，核电占其电力的近75%。现在，世界上有38个国家运行商业性核电厂。尽管存在诸如“绿色和平组织”等反对团体，世界原子能发展势头仍有增无减。
阻碍原子能发展的主要障碍是人们对其安全性的担心和燃料资源确保问题以及废弃物处理问题。
1986年前苏联切尔诺贝利核电厂发生重大泄漏事故后，核电的安全问题突出起来，发展受到抑制。但近几年，核电发展又活跃起来。
核废料的处置一直是令人头疼的问题，世界各国的处理方法多种多样。对于高放射水平核废料的最终处置，主要是地下埋藏。德国正在研究用废盐并作为玻璃化废料的最终储存所。加拿大正在研究硬岩覆盖下清洁能源和可再生能源，1985年以来，瑞典已将核废料储存于特殊的场地来处理。如南非把低放射性和中等放射水平的废料存于钢和水泥桶中埋在地下10m深的地下。
4.4.6清洁能源和可再生能源
化石燃料的燃烧时代的终结已指日可待，新能源的利用前景已经展现眼前。
1987年，水电在世界一次能源消费中占7%左右，生物质能占15%,太阳能、风能和地热等占1%。随着技术的进步，人类可能寻找到新的能源。
水能是一种十分清洁的能源，世界许多国家都注意优先开发水电。发达国家水能已得到比较充分的开发，如法国和日本为100%,美国为77.1%,意大利为74.4%。水电对许多发展中国家，是一种尚待开发的大宗清洁能源。中国是世界上水力资源最丰富的国家，理论蕴藏量达6.76108kw，但目前开发程度只有6%，水电占全国电量的19%，居世界弟6位。水能的综合开发利用还会带来灌溉、防洪等效益，但也有可能带来某些生态问题。
生物质能作为煤和石油的直接替代品，可以减少硫氧化物及氮氧化物等大气污染物的排放量，同时也不会发生CO2的净释放，从而缓解了燃烧化石燃料释放CO2对大气的压力。但生物质的生产和利用率低，如果要种植高能作物，就必然要占用宝贵的土地资源，因此，这种再生能源技术在实际应用中收到很大限制。目前我国许多农村地区，因地制宜，利用柴草和农作物秸秆等生物质来取暖做饭。还有一些新型的再生资源如生物燃料电池，这种电池通过电化学氧化产生电力，即将氧化剂中的化学能转化成电能。该电池能源转化率高（可达40~60%），设计简单，污染小，病节约了初级能源，这种新型能源潜力大，并已在航天、国防、交通等领域得到应用。
太阳能直接转化为电能可能是可持续世界能源体系的基石。太阳能量大，分布广泛，可以获得，特别适于在水的沸点以下供热，可广泛用于采热和制冷，这类应用占发达国家能耗的30~50%，而发展中国家可能更高。太阳能集热器与其他新技术配合，可将太阳光转换成电能。太阳能技术还可望以更低的成本生产电力。
风能具有很大潜力，可为许多国家提供五分之一以上的电力。世界上最早利用风能的地区是北欧、北非、南美南部、美国西部平原以及沿赤道信风带。而且风能发电的成本也低。上世纪末，美国加利福尼亚州的风能发电量占世界近80%。近十几年我国的风能利用得到跨越式发展，2009年，我国风电新增装机容量1380.3万千瓦，增长率连续6年超过100%，居世界第一，成为增长速度最快的国家。累计装机容量达到2580万千瓦，总装机容量超过德国，位列全球第二，仅次于美国，与美国仍有近1000万千瓦的差距。2010年，中国风电发展势头迅猛，总装机比上年增长约62%。而美国新增容量仅为500万千瓦左右。中国现风力发电装机容量已跃居世界第一位。据《中国风电发展报告2010》预测，2020年中国风电累计装机容量可以达到2.3亿千瓦，相当于13个三峡电站；总发电量可以达到4649亿千瓦时，相当于取代200个火电厂。
地热也是一种重要的可再生能源，但其开采需要有限度而不使局部地热源枯竭。世界上已建的地热发电厂相当于5.6108kw以上。萨尔瓦多40%的电力来自地热，尼加拉瓜达29%，肯尼亚达11%。大多数太平洋周边国家以及沿东非大峡谷和地中海周围国家都可开采地热能。
氢气作为一种不导致环境污染的、清洁的燃料，已引起人们极大的重视。常规的制氢方法主要有水电解法、水煤气转化法、甲烷裂化法等，这些方法均需耗费大量能量。近期有研究利用高浓度有机废水发酵法生物处理制取氢气，但提高产氢速率是关键。氢气用做燃料或发电等用途日益广泛，用量亦迅速增加。因此，寻求经济、节能的制氢技术具有重要的价值。
4.4.7防止滥砍滥伐，增加绿色植物
由于森林破坏，换算成碳，每年1000~2000Mt以上的的CO2排放，所以，一方面要防止森林破坏，另一方面要进行大规模植树造林。这一策略已经受到世界科学界和各国政府的普遍重视。全球性的植树造林和控制破坏森林的活动，对减缓全球变暖状况起了很大作用。在发达国家要种4000万亿株树，发展中国家要种植1.3，才能减少当年CO2释放量的1/4,而且这些工作需要在保持现有状态条件下进行，1988年日本利用生物技术开发出的在沙漠也能生长的植物，这种植物在缺水状态下能长期生息。今后在沙漠海滩及盐碱地种植典型的特殊培育植物，也可大大降低大气中CO2的含量。
在城市环境中，草坪是凑的最好的消耗者，生长良好的草坪能吸收CO21.5kg/m2h，而每人呼出的CO2约为38g/h,所以的25m2草坪，就可以把一个人呼出的全部吸收。小范围的栽树种草如同杯水车薪，难以逆转CO2积累的趋势。经过研究发现，藻类吸收CO2潜力巨大。美国一些研究人员提出利用浮游生物的光合作用吸收CO2，是一种单细胞植物,浮游生物像一切植物一样能进行光合作用,于是CO2中的碳原子会储存在浮游生物体内.如果浮游生物不被海洋生物吃掉,那么大量碳会伴随死去的一起沉入大海海底,形成所谓碳沉积.研究人员还提出,在加利福尼亚州巨藻上繁殖一些可吸收CO2的钙质藻类,吸收CO2形成碳酸钙沉入海底,空余出巨藻表面,可继续繁殖,这些探索如能成功,必将解决CO2排放而产生的许多问题.具有重要的现实意义.
4.4.8利用的分离回收、储存和利用
只有把CO2从燃烧中分离提纯，才能进行CO2的存储、处理和利用等。分离提纯CO2的方法很多，但是工业上最为常用的是吸收法(物理吸收法和化学吸收法）、吸附法、膜分离法和低温蒸馏法以及海水洗涤法等。分离回收的CO2可利用深海、煤层、废弃油气开采区以及含盐储水层来进行储存，但存在费用高昂,CO2的二次释放等缺点。
CO2虽然有温室效应的负面影响，但也是一种潜在的碳资源，具有广泛的利用分离捕集下来的CO2用于生产过程，不仅可以节省处理的费用，而且获得的有价值产品可以弥补回收CO2所需要的费用。农业方面，可作为气肥提高农作物的产量，CO2还可用于粮食的贮存，杀虫灭鼠、防潮防霉。利用浓氨水吸收CO2可生成碳氨化肥。食品工业可利用CO2保鲜水果和蔬菜。固体的CO2(干冰）是一种极好的制冷剂。CO2还在碳酸饮料、制作烟丝固化剂,在机械工业用于金属保护焊、铸件砂型固化等,在医疗方面,CO2是一种良好的呼吸刺激剂,并且用于处理碱中毒和麻醉的过程中作为一种增效剂.在废水处理中，可利用CO2溶于水呈弱酸性来中和碱性废水。在石油工业上，可用CO2为油田注人剂提高石油产量。在地热利用上，可用CO2作为工作介质提高效率。CO2的临界温度是31.1,接近常温，临界压力为7.29MPa。超临界CO2流体兼有液体和气体的性质被广泛用作萃取剂和反应介质。CO2为原料可生成一系列有机化工产品，如表.CO2的应用不仅可以获得一定的经济效益，而且还具有良好的环境效益.
4.4.8温室效应控制的其他对策
可以制定征税政策，对化石燃料的生产和消费征收相应的税金，再用于森林保护和造林、新能源开发上。可以通过改善现行农业技术，抑制温室效应气体甲烷的发生。制定相应法规，完全废除氟利昂，限制工厂、汽车等排气。另外，温室效应使全球变暖，有其不利的一面，也存在有利的部分，以这种环境变化为前提采取一些适应对策，并开发与之适应的技术，也有十分重要的现实意义。
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