層級:國中
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層級:國中. 認識非再生能源. Nonrenewable Energy. 大綱. 非再生能源 化石燃料 煤炭 天然氣 石油 丙烷 核能 非再生能源與環境. 1. 非再生能源. 我們使用許多不同種類的能源來為我們工作,而他們大致上可分為兩類: 在台灣,我們所使用的能源大部是非再生能源,而其中包括煤碳、石油、天然氣、丙烷、以及鈾礦。. 非再生能源. 能源. 再生能源. 1. 非再生能源. 這些非再生能源被用來製造電力,加熱我們的住宅、驅動我們的汽車、並製造所有種類的產品。

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認識非再生能源

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層級:國中

認識非再生能源

Nonrenewable Energy


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大綱

  • 非再生能源

  • 化石燃料

    • 煤炭

    • 天然氣

    • 石油

    • 丙烷

  • 核能

  • 非再生能源與環境


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1.非再生能源

我們使用許多不同種類的能源來為我們工作,而他們大致上可分為兩類:

在台灣,我們所使用的能源大部是非再生能源,而其中包括煤碳、石油、天然氣、丙烷、以及鈾礦。

非再生能源

能源

再生能源


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1.非再生能源

這些非再生能源被用來製造電力,加熱我們的住宅、驅動我們的汽車、並製造所有種類的產品。

這些能源之所以稱為非再生能源是因為它是由幾千、幾億年前從遠古海生植物及動物所形成,因此我們無法短時間產生這麼多的原油蘊藏量。


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2.化石燃料

所謂「化石燃料」是一種碳氫化合物或其衍生物,且是一種非再生能源,其中包含煤碳、天然氣、石油以及丙烷,這些之所以稱為化石燃料,是因為這些化石燃料是由幾千、幾億年掩埋的動植物之遺體所形成的。

而鈾礦是一種固體礦石,被用作轉換為核電廠的燃料,所以鈾不是一種化石燃料,而是一種非再生的燃料。


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煤炭


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煤炭

什麼是煤炭?

煤炭是一種從幾億年前存在及死亡的植物所形成的化石燃料,而那時的地球表面覆蓋著巨大的沼澤森林。

煤炭被稱為非再生能源是因為它須耗費幾億年來形成。我們從煤炭所得到的能量是幾億年前植物所吸收的太陽能而成的,所有植物都是從太陽來儲存能量,在植物死亡後,這些能量通常在腐爛時射放出來。


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煤炭(續)

什麼是煤炭?

然而在某些情況下,腐爛會中斷,並防止所儲存的太陽能被釋放。幾億年前,死亡的植物物質掉進沼澤內,幾千年的時間,一層厚的死亡植物在沼澤底部腐爛,隨之時間的演進,地球表面與氣候改變,更多的水與灰燼沖刷終止了腐爛的程序,上層水與泥灰的重量向下擠壓了植物的物質,在熱與壓力之下,進行化學及物理變化,擠出氧氣並留下碳氫化合物的蘊藏量,


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煤炭(續)

什麼是煤炭?

逐漸將植物變成煤炭


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煤炭(續)

採集煤礦

煤炭公司採用兩種方式來開採煤礦:表面開採和地底開採。表面開採可使用於煤炭儲存少於200英尺的地底下,在表面開採的方法中,表土與岩石層被挖除來露出大部分的煤炭的蘊藏量,而煤礦是以大型機器來開採,一旦開採結束,採礦區域將重新使用,將岩石與泥土重新填入,表土層重新置換,並種植種子。


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煤炭(續)

採集煤礦

土地可以用作農作用、野生動物棲息區、遊憩區、或是辦事處與商店等。


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煤炭(續)

採集煤礦

深度或地底開採通常使用在煤礦埋在地球較深處的地方,有些地下礦坑高達1000英呎(約300公尺)深,為了要挖掘地底下的煤礦,礦工運送鑽礦機械到底下來挖掘煤礦。


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煤炭(續)

煤炭的處理與運輸

當煤礦從地表挖出後,就準備運送至工廠清洗,目的是移除煤礦中的岩石、灰、硫磺、以及其他雜質,並可改善它的熱值,在清除完後,煤礦就準備運送至市場,煤炭的運送通常以鐵路載運的方式進行,有時是以駁船和卡車運送。

圖片來源:http://www.eia.gov/kids/energy.cfm?page=coal_home


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煤炭(續)

煤炭的使用

在台灣,煤炭大部分作為燃料使用於火力發電廠,利用燃燒煤的熱量產生蒸汽驅動渦輪機發電,其他則用作於鋼鐵廠的高溫鍋爐、或用於製造副產品,如塑料、瀝青、合成纖維、化肥以及藥品等。

圖片來源:國家地理雜誌


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天然氣


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天然氣

什麼是天然氣?

天然氣如同石油、煤炭一樣是一種化石燃料,而大多數科學家認為這也是由古生物的植物與動物所形成,當植物與海洋為生物死亡時,它們沉入海洋底部並被沙石覆蓋住,之後形成沉積岩,高溫高壓將其變成石油與天然氣。天然氣被底下的岩石所困住,就像一塊海綿將水吸入。

圖片來源: http://www.2b1stconsulting.com/natural-gas/


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天然氣(續)

什麼是天然氣?

天然氣是一個真正的混合氣體,其主要的成分為甲烷,甲烷是無色無味的氣體,因此甲烷加入特殊的氣味稱為「硫醇」,讓洩漏的氣體可以檢測到,這個氣位聞起來像臭掉的雞蛋。人們使用天然氣主要用於加熱,但不能與由石油製成汽油有所混淆。

圖片來源: http://www.2b1stconsulting.com/natural-gas/


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天然氣(續)

什麼是天然氣?

天然氣通常被認為非再生能源,意思是指不能在短時間產生更多的資源。然而,有些甲烷是再生能源,如掩埋場。

圖片來源: http://www.greengas.net/output/NewsPage.aspx?PageID=193

圖片來源: http://adrianasassoon.wordpress.com/2009/10/12/fashion-landfills/fashion-landfills-1/


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天然氣(續)

產生天然氣

當天然氣困在地下深處多孔岩石中時,是很難找到它的,因此科學家使用許多方法來找尋天然氣蘊藏區,他們也許從觀察表面岩石來找尋相關線索,也可能設置小型爆炸或放置重物於地表來記錄從地底岩石層反彈回來的聲波。天然氣可發現於貯藏區或是石油的蘊藏區,而天然氣井的平均深度可高達5000(約1500公尺)英尺深。


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天然氣(續)

產生天然氣

在天然氣採集至地表時,就運送至工廠作清潔雜質並分離為各種部分,天然氣的成分大部分為甲烷,但也包含少數丙烷與丁烷的氣體。天然氣也可能來自於其他來源,如煤礦區可發現甲烷氣體,煤氣曾一度被認為是對礦工的安全憂慮,但現今是具也有相當高經濟價值的能源。


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天然氣(續)

產生天然氣

另一個天然氣的來源是由垃圾掩埋場來產生,由於它是來自於不短製造的垃圾所產生的氣體,垃圾掩埋的氣體被認為是天然氣的再生能源。


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天然氣(續)

運送天然氣

天然氣通常以管線來運送至城市、住家、及商業。而天然氣也可以液體的方式來儲存與運送,當達到華氏-260度F的極低溫時,天然氣就會轉換成為液體狀的形式,而這形式可以節省許多儲存的空間,當使用者需使用時再轉換成氣體用送至管道。

圖片來源: http://www.eia.gov/kids/energy.cfm?page=natural_gas_home-basics


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天然氣(續)

天然氣的使用

在台灣,天然氣通常用於住家、商業熱能的來源。而工業則用作生產產品的成分,例如化肥、膠水、油漆、洗衣粉以及其他產品。也有少數用於發電廠的燃料上。

圖片來源: http://www.eia.gov/kids/energy.cfm?page=natural_gas_home-basics


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石油


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石油

什麼是石油?

石油是一種化石燃料,通常稱作原油或是石油,石油是一種黑色黏稠的碳氫化合物,是由數億年前微小海洋植物與動物的遺骸所形成的,當這些動植物死亡時,就沉入到海洋底部,並由數千英呎厚的沙子與沉積物所掩埋, 之後形成沉積岩,當厚度增加時,增加了底部腐爛遺骸的壓力,高溫及高熱之下改變了遺骸,最後則形成了石油。

圖片來源: http://www.eia.gov/kids/energy.cfm?page=natural_gas_home-basics


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石油(續)

什麼是石油?

石油的蘊藏多數吸附在多孔的岩石當中,就如同海綿吸水的道理,當原油來到地表時,可以像是水一樣的稀釋或是向焦油一樣的黏稠。

圖片來源: http://www.eia.gov/kids/energy.cfm?page=natural_gas_home-basics


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石油(續)

石油的歷史

人們於古時候就開始使用石油,其中埃及與中國就開始燃油來點亮他們的家園。在西元1850年前,美國開始使用鯨油來點亮他們的家園,當鯨油逐漸減少後,人們開始尋找滲透在池塘或溪流表面的石油,石油的需求成長了,在1859年時,艾德恩.德瑞克在美國賓州鑽探了第一座石油井,起初,石油被用作照明,之後被提煉成汽油,但那時候還未被使用,

圖片來源: http://www.eia.gov/kids/energy.cfm?page=natural_gas_home-basics


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石油(續)

石油的歷史

亨利.福特在1913年開始製造汽車後,每個人都相擁有一部車,都是以汽油作為燃料來驅動的,現今我們使用更多石油來作為交通運輸的燃料。

圖片來源: http://www.musclecarclub.com/other-cars/classic/ford-model-t/ford-model-t.shtml


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石油

生產石油

地質學家會觀察地球內部岩石類型以及排列方式,來確定是否有石油發現在特定位置,甚至在新技術之下,石油探勘仍然昂貴,且常常不成功,每鑽100座油井可能只有大約44座是成功生產石油的。當科學家認為某地有石油時,石油公司就會帶鑽井架來設置並埋設管線,典型的油井約一英哩深,如果發現了石油就會由管線來汲取,而海上也有設置鑽油平台來汲取石油。

圖片來源: http://www.epochtimes.com/b5/7/12/13/n1940553.htm


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石油(續)

石油產品

圖片來源: http://www.epochtimes.com/b5/7/12/13/n1940553.htm


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石油(續)

提煉及運送石油

我們不能直接使用原油,必須轉換為燃料的形式才可使用,而轉換是經由煉油廠來完成,其煉油層級不同所煉出的油品用在不同的用處上,如汽油、柴油、取暖用油或其他產品用油。

在石油的運輸上,大部分在提煉完後,多數的石油產品是以地下管線來運輸,也是最便宜、最安全的方式。


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丙烷


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丙烷

什麼是丙烷

丙烷是跟石油及天然氣相關的氣體,含有豐富的能量,丙烷通常在同時存有石油與天然氣的蘊藏區被發現,因為它在幾億年前由海洋微小植物與動物的遺骸所形成,當動植物死亡後,沉入海底由沉積物與沙石層掩埋,之後轉換成沉積岩,過了一段時間後,沉積岩變成數千英呎厚,受到巨大的壓力與熱,將遺骸轉換為石油與天然氣之蘊藏區。

圖片來源: http://www.epochtimes.com/b5/7/12/13/n1940553.htm


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丙烷(續)

什麼是丙烷

這些化石燃料的儲存的地方,就像海綿中的水一樣變成由岩石當中去汲取,丙烷是所有燃料中包括液態石油氣家族的燃料,因此丙烷最常見的是以液態石油氣的方式來使用。在正常情況下,丙烷是氣體,當在壓力之下則變成液體。丙烷以液態燃料的形式儲存在壓力槽內,那是因為可以節省許多空間。氣態的丙烷比液態丙烷需要耗費270倍的空間

圖片來源: http://www.epochtimes.com/b5/7/12/13/n1940553.htm


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丙烷(續)

什麼是丙烷

一千加侖(約4千公升)的氣態丙烷,足以提供家庭烹煮使用一個禮拜,而一千加侖的液態丙烷可提供五年以上烹煮燃料。當液態丙烷須使用時,藉由燃料爐轉換成氣態來使用。丙烷與天然氣相當相似,如同天然氣,丙烷也是無色、無味氣體,因此跟天然氣相同加入氣味於丙烷,當洩漏時可便於檢測。丙烷為非再生能源,這意味不能在短時間內產生。

圖片來源: http://www.epochtimes.com/b5/7/12/13/n1940553.htm


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丙烷(續)

運輸丙烷

丙烷通常利用管線來分送至使用者,這些終端的管道通常像倉庫一樣在運送前先儲存,之後以鐵路、卡車、駁船以及油輪來運送,而批發商也用小的儲存罐來儲存販賣,便於使用者使用。

圖片來源: http://www.robinsons1874.com/propane/propane_FAQ.html

圖片來源: http://hoosieroffortwayne.com/page.php?3


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丙烷(續)

丙烷的使用

丙烷通常用於工業、家庭、農場、以及商業的加熱用途,也被用作交通燃料的用途。

圖片來源: http://www.robinsons1874.com/propane/propane_FAQ.html


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3.核能

什麼是核能

核能是原子的原子核(核心)內的能量,原子是組成宇宙內的物體的微小粒子,當原子結合時,會產生強大的能量,核能通常用於發電,但首先能量必須被釋放,釋放有兩種方式:核融合與核分裂。在核融合時,當原子結合或融合在一起,形成更大的原子就會釋放能量,這就是太陽如何產生能量。


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3.核能(續)

什麼是核能

在核分裂當中,原子分裂成較小的原子,並釋放能量,核電廠就是利用核分裂來產生電力。最廣泛使用於核電廠的燃料為鈾礦,鈾礦為非再生燃料,雖然它為一般在岩石當中是世界常見的金屬,核電廠使用它作為燃料,是因為它的原子較容易分裂。在核分裂的期間,一個稱為中子的微小粒子撞擊鈾原子,分裂並產巨大的輻射能與熱能,


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3.核能(續)

什麼是核能

更多的中子被釋放繼續去轟擊鈾原子,不斷重複這項程序一遍又一遍,這稱為鏈鎖反應。


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3.核能(續)

核電廠的運作

大多數的發電廠燃燒燃料來產生電力,但核電廠並非是如此,相反,核電廠使用核分裂產生的熱,核分裂在核電廠內部的反應爐發生,反應爐的中心為核心並包含了鈾燃料,陶瓷顆粒形成的鈾燃料稱為鈾錠,大小如指尖,每一顆皆可產生與150加侖汽油一樣的能量,這些富有能量鈾錠放置12英呎的燃料棒,成數的燃料棒稱為燃料組件。


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3.核能(續)

核電廠的運作

核分裂在反應爐的鍋爐內產生熱就如同煤炭燃燒產生熱,這個熱能用來煮沸水轉成蒸汽,蒸汽驅動渦輪機並帶動發電機發電,隨後,蒸汽改變回水並冷卻,有些發電廠使用當地的水體,其他則是使用發電廠分離結構的冷卻塔來冷卻。


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3.核能(續)

核電廠的運作


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3.核能(續)

核燃料的使用

每隔幾年,燃料棒就必須替換,從反應爐移除的燃料稱為已使用燃料,核電廠不產生大量廢棄物,但具有高放射性。所使用的燃料通常存放於極深的水池稱為燃料池,在這裡用於降溫燃料並透過自然程序開始衰變,稱為放射性衰變。在三個月內失去50%的輻射,一年後失去80%,在十年後則失去90%,但有些放射性仍需要高達1000年才會衰減完。


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4.非再生能源與環境

燃燒煤的汙染

煤炭的燃燒會產生排放並汙染空氣,而主要的排放為:

二氧化硫(SO2):造成酸雨及呼吸道疾病。

氮氧化物(NOX):造成煙霧及呼吸道系統疾病。

懸浮微粒:造成煙霧、霧化、呼吸道系統疾病

以及肺部疾病。

二氧化碳(CO2):


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4.非再生能源與環境

燃燒煤的汙染

二氧化碳(CO2):這是燃燒化石燃料(煤炭、石

油、以及天然氣)主要的溫

室氣體排放。

汞(Hg):會破壞人類與動物的神經與啟發力。

汞通常在空氣中的濃度很低且很少

被關注,然而當汞進入水中後,直

接或間接透過空氣中沉積,生物過

成轉換為甲基汞,一種毒性很強的


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4.非再生能源與環境

燃燒煤的汙染

化學物質,會累積在魚和動物(包括人

類)吃魚

飛灰及底層灰燼是當在發電廠燃燒煤炭時所產生之殘留物,在過去,飛灰曾透過煙囪是放到空氣中,但現行法律規定,必須由汙染控制設備。


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4.非再生能源與環境

燃燒天然氣的汙染

天然氣相對其他化石燃料是較為乾淨且經濟的來源,但在生產與使用時有環境上和安全上的問題許多目前正在探索與開發的區域是比較原始的荒野地區,這是必對當地的環境、野生動物、人口有較大的影響。


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4.非再生能源與環境

燃燒天然氣的汙染

天然氣為一種相對的乾淨化石燃料,排放的二氧化碳較少,天然氣主要的成分為甲烷,是一種較強的溫室氣體。有些甲烷是由煤礦區、石油與天然氣井、天然氣儲存槽、管線、以及發電廠的程序所洩漏出來的。

而在天然氣的探勘、鑽井、及製造方面也對環境產生許多影響,當地質學家在陸地上探勘天然氣的儲存量時,他們的車輛可能會干擾植被與土壤。


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4.非再生能源與環境

燃燒天然氣的汙染

天然氣井也需要一條道路,也需要乾淨且平整的陸地來放置鑽井設備,鑽井的行為也可能產生空氣汙染並干擾野生動物。管線也需由天然氣井來傳輸,所以通常也需要乾淨的土地來埋設。

天然氣的製造過程也會產生大量汙水,這些汙水要妥善處理、貯存,才不會汙染土地和水。


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4.非再生能源與環境

燃燒天然氣的汙染

同時,我們作為燃料使用的天然氣主要成為甲烷,那些從井中未經過處理的氣體可能包含許多化合物,包括硫化氫,具有毒性的氣體,而天然氣燃燒時會產生二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、以及其他化合物,這取決於化學成分與如何來燃燒。

天然氣的管道也經常運作設備與壓縮機,進而產生更多的空氣汙染和噪音。


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4.非再生能源與環境

燃燒石油的汙染

石油如何影響我們的環境?石油可以幫助我們做很多事,驅動交通運輸工具、製造出藥品和塑料等產品,但也產生空氣與水汙染的損害。從燃燒石油產品和生產副產品都會產生以下排放:

幾乎這些副產品都會對環境與人體產生負面影響

二氧化碳(CO2)

一氧化碳(CO)

二氧化硫(SO2)

氮氧化物(NOx)

揮發性有機化合物 (VOC)

懸浮微粒(PM)

鉛與其有毒氣體,如苯、 甲醛、乙醛、丁二烯等


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4.非再生能源與環境

燃燒石油的汙染

二氧化碳是一種溫室氣體,造成全球暖化的

元兇。

二氧化硫會導致酸沉降(酸雨),對水中動植

物有害,也會導致呼吸系統疾病和心臟疾病,

尤其是老人與小孩。

碳氧化物與揮發性有機化合物則可能有助於

地面臭氧的產生,刺激與損害肺部,造成


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4.非再生能源與環境

燃燒石油的汙染

造成哮喘和慢性支氣管炎,尤其是老人與小

孩。

非常小或細微粒也被認為會引起肺氣腫與肺

癌。

鉛對健康會有嚴重影響,尤其是對兒童的有

毒氣體或致癌物質。


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4.非再生能源與環境

燃燒丙烷的汙染

丙烷是一種清潔燃燒的化石燃料,它與是一種非再生的化石燃料,像天然氣與石油一樣的形成,如天然氣(甲烷),丙烷是無色無味的氣體,添加硫醇使氣體易於檢測。

丙烷也是室內設備經常使用的燃料,與汽油相比,排放的一氧化碳與碳氫化合物還要少得多,不過也跟化石燃料一樣產生水蒸汽和二氧化碳的溫室氣體排放。


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4.非再生能源與環境

核電廠的汙染

核電廠不會產生二氧化碳,不像其他化石燃料發電廠,核反應爐不會在運作時產生空氣汙染或二氧化碳。然而在開採和提煉鈾礦,以及製造核反應燃料時,需要大量能量。核電廠有大量的金屬與混凝土,這也需要大量的能量來生產,如果化石燃料被使用在建造發電廠的材料,然後這些燃料燃燒的排放量與核電廠所產生的電力可能會相關。


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4.非再生能源與環境

核電廠的汙染

核能產生放射性的廢棄物,其主要的問題,如鈾尾礦,使用的反應堆燃料,以及其他放射性廢棄物,這可能會殘留千年並對人類健康產生放射性的危險。

放射性廢棄物被分類為高階與低階的放射性廢棄物,隨著時間的流逝,放射性物質會減少為原有水平的一半,被稱為放射性物質的半衰期。往往半衰期放射性廢物在處置前先暫時存放,以減少潛在的輻射劑量於廢物處理和運輸工人,並減少在處置場的輻射水平。


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參考資料

National Energy Education Develoment Project (NEED)

U.S. Energy Information Administration (EIA)


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