第一部分地球号太空船
第1章能源挑战/2
1.1我们的地球号太空船/2
1.2不平等世界中的不可持续增长/4
1.2.1人口增长与承载能力/4
1.2.2经济增长与生态恶化/4
1.2.3不平衡性/5
1.3能源和气候危机/6
1.4应对挑战/6
1.5无法回避的问题/7
第2章概念和误解/9
2.1能量的定义/9
2.2基本定律/10
2.3一次能源转化为可用能源/10
2.4消耗能量以获取能源：EROI/11
2.5内能/12
2.6能量单位与转换/13
2.7巨大的能量和电力需求/14
2.8一些能量关键参数/15
2.9能源普及与能源文盲/16
2.10关键数字：唤醒能源意识的算盘/17
第3章能源的历史/21
3.1简史/21
3.2畜力/22
3.3人类奴隶和能源奴隶/23
3.4水车和风车/24
3.5从木柴到煤炭/25
3.6蒸汽机/26
3.7机动车/27
3.8飞机/27
3.8.1传统发动机/27
3.8.2喷气式引擎/28
3.9电力/29
3.9.1早期发展/29
3.9.2信息和通信技术/29
第二部分化石燃料
第4章石油/34
4.1什么是石油/34
4.2石油的历史、勘探、开采和产量/35
4.2.1历史/35
4.2.2勘探/35
4.2.3开采/36
4.2.4产量/37
4.3石油运输/39
4.3.1管线运输/39
4.3.2油轮运输/40
4.4石油提炼/41
4.5石油储存/42
4.6非常规石油/42
4.7石油化工产品/44
4.8石油燃料/45
4.8.1世界版图/45
4.8.2美国及其他发达国家/46
4.8.3中国和印度/46
4.9美国对石油的依赖/47
4.10石油价格/51
4.11石油峰值和储备/52
4.11.1非可再生资源/52
4.11.2石油储量/53
4.11.3石油峰值/53
第5章天然气/56
5.1什么是天然气，天然气来自何处/56
5.2天然气性质和定义/56
5.3天然气开发简史/57
5.4天然气的生产、使用和储存/58
5.5液化天然气/60
5.6天然气加工/61
5.7运输、储存和分配/62
5.7.1运输/62
5.7.2储存/64
5.7.3配送/64
5.8天然气用户：能源和原料/64
5.8.1能源应用/64
5.8.2天然气作原料/65
5.9非常规天然气/67
第6章煤炭/69
6.1煤炭是什么/69
6.2煤炭开采/70
6.3煤炭的运输与工业应用/71
6.4煤炭气化/71
6.5煤炭的生产、消费和储存/72
6.6碳捕获和碳封存/73
6.7整体煤气化联合循环技术/76
第7章化石遗产/78
7.1能源的阴暗面/78
7.1.1不平等性和外部成本/78
7.1.2货币化成本/78
7.1.3间接影响/79
7.2矿物燃料燃烧对碳循环的改变/79
7.2.1碳的储存与流动/79
7.2.2CO2浓度的测量/80
7.2.3温室效应/81
7.3人为因素导致的气候变化/82
7.3.1人类对气候变化的认识过程/82
7.3.2冰川消融/83
7.3.3洋流干扰/83
7.3.4海洋酸化/84
7.3.5冻土融化/85
7.3.6气候变化对生态系统的影响/85
7.4空气污染与全球变暖/86
7.4.1烟尘和雾霾/86
7.4.2气溶胶与黑碳/86
7.4.3臭氧、臭氧层耗蚀物质和
N2O/87
7.4.4复杂的状况/87
7.5应对之策/87
7.6限制CO2/89
7.6.1监管、限制温室气体排放/89
7.6.2CO2浓度和温度/91
7.7空气污染和人类健康/92
7.7.1复杂的大气成分/92
7.7.2NOx/92
7.7.3臭氧/93
7.7.4悬浮颗粒物/93
7.7.5一氧化碳/94
7.7.6二氧化硫和酸雨/94
7.7.7重金属/95
7.8陆地和水质的退化/95
7.8.1原油泄漏/96
7.8.2燃煤残渣/97
7.9然后又能怎样/98
第8章能/100
8.1裂变与聚变/100
8.1.1放射性、质量和能量/100
8.1.2物质的结构/101
8.1.3裂变/102
8.1.4链式裂变反应/103
8.1.5聚变/103
8.2裂变的能量/104
8.2.1过去和现在/104
8.2.2燃料/105
8.2.3铀资源供给/106
8.2.4反应技术/108
8.2.5成本和建设工期/109
8.2.6扩散/110
8.2.7安全与防护/111
8.2.8废料的处置/112
8.2.9退役和拆除/113
8.2.10其他限制因素/114
8.2.11愿景/115
8.2.12工业复兴/116
8.3.1难点/118
8.3.2磁约束方法/118
8.3.3惯性约束方法/119
8.3.4一厢情愿/119
第四部分可再生能源
第9章太阳能基础/124
9.1太阳光的起源/124
9.2太阳辐射和衰减/126
9.3储量、分布、重要性/127
9.4太阳能的缺陷：分散性和间歇性/128
9.5太阳能的转化：热、燃料和电/129
第10章太阳能光热和光电
利用/131
10.1被动式太阳能建筑/131
10.2转换：分布式太阳能技术/132
10.2.1太阳能热水器/132
10.2.1.1集热器/132
10.2.1.2水管理/133
10.2.1.3日照量/133
10.2.2太阳能热水器的发展现状和
趋势/133
10.2.3地能系统/135
10.2.4太阳能热电技术/136
10.3太阳能光热转换：太阳能流的
聚集/138
10.3.1聚光式太阳能光热发电
技术/138
10.3.2槽式抛物面太阳能热发电
系统/139
10.3.3塔式太阳能热发电系统/140
10.3.4碟式斯特林太阳能热发电
系统/141
10.3.5太阳能塔热气流发电系统/142
10.3.6太阳能光热发电系统的成本和碳
足迹/143
10.3.7太阳能热化学转换/143
10.4光伏起源和发展/145
10.5无机光伏材料：关键原理/146
10.6硅太阳能电池/148
10.6.1多晶硅和单晶硅太阳能电池的
加工/148
10.6.2材料要求、循环寿命、成本/149
10.6.3非晶硅薄膜太阳能电池/150
10.7薄膜太阳能电池/150
10.8有机太阳能电池/152
10.9太阳能聚光光伏发电及其他前沿
技术/154
10.10光伏产业：全球化布局和市场发展
趋势/155
10.11太阳能：可再生、易获取/156
第11章太阳能燃料/158
11.1引言/158
11.2天然的光合作用/158
11.2.1一个复杂的过程/158
11.2.2天然捕光系统/159
11.2.3天然的反应中心/160
11.2.4光合效率/162
11.3生物质和生物燃料/162
11.3.1生物质/162
11.3.2生物燃料/163
11.3.3第二代生物燃料/166
11.3.4生物燃料的前景/167
11.4未来交通运输业的燃料选择/167
11.5人工光合作用/168
11.5.1太阳能的需求/168
11.5.2选择正确的光反应形式/170
11.5.3选择正确的化学基底/171
11.5.4人工光合系统的组成/172
11.5.5人工光捕获系统与反应中心的
结合/173
11.5.6多电子氧化还原反应所存在的
问题/174
11.5.7半导体催化光解水反应/175
11.6染料敏化太阳能电池/176
11.7太阳能燃料所遇到的挑战/177
第12章其他可再生能源/179
12.1水电能源/179
12.1.1水电的起源/179
12.1.2发展潜力和实际应用状况/180
12.1.3优势、劣势和环境影响/181
12.1.4水电的未来/181
12.2风能/182
12.2.1发展史概述/182
12.2.2风电技术/182
12.2.3风电的巨大发展潜力/184
12.2.4发展现状和未来趋势/185
12.2.5环境影响/187
12.2.6风电成本/188
12.3海洋能/188
12.3.1潮汐能/188
12.3.2波浪能/190
12.3.3海洋热能/191
12.4地热能/191
12.4.1地热资源/191
12.4.2地热发电/192
12.4.3地热直接应用/193
12.4.4优势、劣势、展望/193
12.4.5下一步：深入挖掘/194
第五部分能源载体
第13章电能/196
13.1基本概念/196
13.2照明/198
13.3传统发电技术/199
13.3.1需求与供给/199
13.3.2基于矿物燃料火力发电站/201
13.3.2.1煤炭火力发电站/201
13.3.2.2石油或天然气火力
发电站/201
13.3.3水电站/202
13.3.4核电站/203
13.3.5其他能源的贡献/203
13.4传统电网/203
13.5可再生能源发电/205
13.5.1间歇性和波动性/205
13.5.2风力发电/206
13.5.3太阳能发电/206
13.6电能储存/207
13.6.1储能的意义/207
13.6.2抽水蓄能系统/208
13.6.3压缩空气蓄能系统/208
13.6.4飞轮储能系统/208
13.6.5超导磁储能系统/209
13.6.6静电能储存（电容器）/210
13.6.7电池/210
13.6.7.1电池要求/210
13.6.7.2电池种类/210
13.6.8电解水制氢/212
13.7插电式交通工具/213
13.7.1混合动力汽车和纯电动
汽车/213
13.7.2基础设施/214
13.8智能电网/214
13.9走向电驱动时代/215
第14章氢/217
14.1引言/217
14.2性质与工业应用/218
14.3氢气作为能量载体：一项艰巨的
任务/219
14.4制取氢气的方法/219
14.4.1“清洁煤”技术/219
14.4.2生物质/220
14.4.3水解/220
14.4.3.1基本概念/220
14.4.3.2水力发电/221
14.4.3.3风力发电/221
14.4.3.4太阳能光伏发电/222
14.4.3.5聚光光热发电/222
14.4.4光致水分解制氢/222
14.4.5核能发电/222
14.5氢储存/223
14.5.1一个难题/223
14.5.2液态氢/224
14.5.3压缩氢气/224
14.5.4金属氢化物/224
14.5.5其他体系/225
14.6氢的运输和配送/225
14.6.1集中输送/226
14.6.2分散配送/226
14.7氢燃料终端应用/227
14.7.1燃料电池：基本概念/227
14.7.2质子交换膜燃料电池/228
14.7.3其他形式的氢燃料电池/228
14.7.4甲醇重整制氢燃料电池/229
14.7.5直接甲醇燃料电池/230
14.8氢动力汽车/231
14.9面向氢经济/232
第六部分展望可持续发展的未来
第15章前方的挑战/236
15.1对于地球状况的反思/236
15.2能源需求与供给/237
15.3能源与生活质量/237
15.3.1聚焦错觉/237
15.3.2能源、肥胖与不平等/238
15.4拯救气候/239
15.5淘汰矿物燃料/239
15.6规避核能/239
15.7生态可持续性/240
15.7.1自然资源/240
15.7.2学会知足/241
15.8为何要发展可再生能源/242
15.9结论/243
附录你知道吗？/245
参考文献/251
索引/283
