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 
第三部分核能 
第8章核能/100 
81核裂变与核聚变/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核裂变/102 
814链式核裂变反应/103 
815核聚变/103 
82核裂变的能量/104 
821过去和现在/104 
822核燃料/105 
823铀资源供给/106 
824核反应技术/108 
825成本和建设工期/109 
826核扩散/110 
827安全与防护/111 
828核废料的处置/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核工业复兴/116 
83核聚变民用化/118 
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

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 
第三部分核能 
第8章核能/100 
81核裂变与核聚变/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核裂变/102 
814链式核裂变反应/103 
815核聚变/103 
82核裂变的能量/104 
821过去和现在/104 
822核燃料/105 
823铀资源供给/106 
824核反应技术/108 
825成本和建设工期/109 
826核扩散/110 
827安全与防护/111 
828核废料的处置/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核工业复兴/116 
83核聚变民用化/118 
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