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木材的碳素儲存與科學保護(簡體書)
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書摘/試閱

《木材的碳素儲存與科學保護》針對木材循環利用的碳匯問題進行了研究,從木材循環利用的意義、木材循環利用中的儲碳功能、國內外研究現狀和發展趨勢等方面人手,重點分析了木材循環利用、木材保護、木結構建築和木質基複合材料中碳素儲量的變化和影響因素,提出了木材在循環利用過程中的碳匯問題和將木材作為低耗能高儲碳材料的依據。木材是公認的能被人類永續利用的生態材料。在加工時比很多建築材料所需的能源小,碳排放量少。木材和木製品具有儲碳功能,經過採伐、運輸、加工等一系列過程,木材及其製品中的碳儲量並沒有發生變化。因此’研究木材加工過程中碳排放與木材自身碳儲量之間的關係具有重要的意義。《木材的碳素儲存與科學保護》突出了木材使用過程中的碳排放問題,適合於木材科學與技術、木材加工、木材保護等領域的研究人員、高等院校師生、管理人員和生產企業的技術人員學習參考。
編者許民、李堅基于環境保護和發展低碳經濟的理念編撰《木材的碳素儲存與科學保護》一書,旨在助推木材加工企業的發展,使其適應低碳科技的理念,不斷追尋木材及其產品在加工過程中的碳足跡,重新審視以往的木材加工方法和加工質量。
前言0 緒論0.1 全球氣候變化概述0.1.1 全球氣候變化的內容0.1.2 全球氣候變化的原因0.1.3 全球氣候變化的影響0.1.4 全球氣候變化的對策0.2 國際社會的關注0.2.1 IPCC與UNFCCC0.2.2 各國的行動0.3 國內外研究現狀0.3.1 相關的概念0.3.2 研究的類型0.3.3 研究的現狀0.4 木材的生態學屬性與人居環境0.4.1 木材的歷史文脈0.4.2 木材的生態學屬性0.4.3 木質材料環境的評價方法參考文獻1 木材碳素儲存測定與評價1.1 碳循環模型1.1.1 陸地碳循環模型1.1.2 森林碳循環模型1.2木材碳儲量計算1.2.1 木材的基本內容1.2.2 木材的碳儲量1.3 木材碳素儲存的測定1.3.1 不同地區各樹種木材含碳率研究現狀分析1.3.2 木材含碳率測定方法1.3.3 東北林業大學帽兒山林場木材含碳率測定1.3.4 數據處理及分析1.4 森林碳儲量測定方法1.4.1 森林與CO2的關係1.4.2 森林固碳形式1.4.3 國內外森林碳匯估算方法1.4.4 我國森林碳匯估算1.4.5 基於分子式各樹種含碳率測定方法1.5 中國森林碳儲量影響因素1.5.1 溫度與降水1.5.2 C02濃度1.5.3 土地利用變化參考文獻2 生物質複合材料的碳儲存2.1 木質材料的碳儲存2.1.1 數據來源2.1.2 缺失數據處理2.2 實驗室製造木質材料過程中碳儲量的變化2.2.1 膠合板加工過程碳儲量變化2.2.2 刨花板加工過程碳儲量變化2.2.3 木材纖維/橡膠複合材料加工過程碳儲量變化2.2.4 木塑複合材料加工過程碳儲量變化2.3 實際生產木質材料過程中碳儲量的變化2.3.1 高密度纖維板加工過程碳儲量變化2.3.2 中密度纖維板(MDF)加工過程碳儲量變化2.3.3 刨花板加工過程碳儲量變化2.3.4 實際生產木質材料碳儲量參考文獻3 輕型木結構的設計建造過程及碳匯計算3.1 木結構建築的特點和發展3.1.1 木結構建築的優越性3.1.2 國內外木結構建築的應用及研究3.1.3 我國木結構建築的發展潛力3.2 木結構的形式及材料3.2.1 輕型木框架結構3.2.2 重型木結構3.2.3 柱框架結構3.3 中國傳統木結構建築3.3.1 中國傳統木結構建築的演變3.3.2 中國傳統木結構建築體系3.3.3 中國傳統木結構建築的特點3.3.4 中國傳統木結構建築面臨的挑戰3.4 輕型木結構的研究現狀和結構體系3.4.1 輕型木結構國外研究現狀3.4.2 輕型木結構國內研究現狀3.4.3 輕型木結構的結構體系3.4.4 輕型木結構的設計原理3.5 輕型木結構的材料3.5.1 規格材3.5.2 木基結構板材3.5.3 國外工程木產品3.5.4 木塑複合材3.6 自行設計建造的木結構房屋3.6.1 建築地點和材料3.6.2 本建築的結構形式及平面佈置3.7 輕型木結構的碳匯計算3.7.1 木建築碳排放的主要影響因子3.7.2 木結構能耗3.7.3 輕型木結構碳匯計算3.7.4 計算結果與分析參考文獻4 木材防腐處理及科學保護4.1 防腐木材研究的現狀和發展趨勢4.1.1 國外研究現狀4.1.2 國內研究現狀4.1.3 防腐木材的發展趨勢4.2 木材的科學保存4.2.1 木材菌害4.2.2 木材菌害的防治4.2.3 木材蟲害4.2.4 木材蟲害的防治4.2.5 木材變色4.2.6 木材變色的防治4.3 探索新型木材防腐劑4.3.1 新型木材防腐劑的研究進展4.3.2 木材防腐劑的發展方向4.4 木材納米防腐4.4.1 納米氧化銅的性質和應用4.4.2 納米氧化銅粉體的製備和表徵4.4.3 納米氧化銅改性試驗4.4.4 納米氧化銅防腐性能評價4.4.5 納米木材複合防腐劑的製備及性能評價4.5 木材生物防腐4.5.1 生物防腐概念4.5.2 生物防腐機理4.5.3 國內外研究現狀4.5.4 生物防腐作用4.5.5 發展趨勢4.6 植物提取物及其對木材耐腐性的影響4.6.1樹木提取物4.6.2 植物提取物在木材防腐方面的研究和利用4.6.3 植物提取物用作木材防腐劑存在的問題4.6.4 研究的目的和意義參考文獻5 提升和發揮木質材料碳匯功能的途徑5.1 天然的碳儲存5.1.1 農產品5.1.2 木製品與紙張5.1.3 棉花5.2 提升木質材料碳匯林業的途徑5.2.1 對森林碳匯的理解5.2.2 森林碳匯交易與CDM造林再造林碳匯項目5.2.3 我國的碳匯林業5.3 木材的碳素儲存與保護機制5.3.1 研究的意義5.3.2 國內外研究現狀與分析參考文獻
0 緒論
工業革命以來,以煤炭、石油、天然氣為代表的化石能源成為當今世界各國發展經濟和進行工業生產活動的主要能源。2006年全球消耗的能源中,化石能源所占比例高達87.9%,我國的比例則高達93.8%,其中煤炭占主要地位。分析2010年一次能源結構,其中煤炭生產和消費比例分別達到76.5%和68.0%。石油和天然氣消費的比例也從2005年的3.27%和0.47%提高到了2010年的4.28%和0.98%占世界比例達10%和3.4%。隨著人類的不斷開采,化石能源枯竭是不可避免的,大,部分化石能源21世紀將被開采殆盡。另外,大量化石能源的消耗帶來CO2排放量的增加,打破了自然界正常的碳循環過程,或者說打破了正常的碳交換平衡,致使大氣中CO2的增加速度和增加數量大大超過了海洋碳庫和陸地生態碳庫可以吸收的速度和數量,從而引起溫室效應,對生態環境造成嚴重破壞。德班世界氣候大會期間,一些媒體報道了英國梅普爾克羅夫特公司(Maplecroftcom-pany,世界上著名的風險評估公司之一)公布的溫室氣體排放量數據,并以此為依據對全球近幾年排放CO2最多的國家進行了排名,其中5個國家的CO2排放量占全球CO2排放量的一半還多。從我國的人均排放量來看,雖然不是排名前列,但是總量達到了60億t,位居世界各國之首。
2007年,政府間氣候變化專門委員會(IPCC)公布的第四次評估報告結果顯示[1]:自1750年以來,全球大氣溫室氣體(GHG)濃度顯著增加,二氧化碳(CO2)濃度從工業革命前的280ppm上升到2005年的379ppm,以目前的增長速度計算,到2050年大氣中CO2的濃度將達到550ppm,將為工業革命前的2倍;化石燃料燃燒釋放的CO2從20世紀90年代的6.4GtC/a上升到2000-2005年的7.2GtC/a;20世紀90年代估計土地利用變化導致的CO2排放是1.6GtC/a,全球CO2濃度的增加主要是由化石燃料使用和土地利用變化(主要是毀林)引起的。
森林是陸地生態系統的主體,對維持陸地生態平衡起著十分重要的作用。樹木是森林系統的主要生物質,可以通過光合作用吸收大氣中的二氧化碳,釋放出氧氣。有數據記載,樹木每產生1t木材,就要吸收1.6t二氧化碳,釋放1.1t氧氣,可以固定0.5t的碳[2]。國際上對于森林碳素儲存能力(碳匯)問題的研究始于20世紀60年代中后期,對森林碳匯研究主要集中在以下內容:森林參與大氣碳循環的方式、森林碳匯對大氣的凈化作用、森林吸收CO2量的計算模型、不同的森林類型吸收CO2的差異等。而對于木材的碳素儲存能力和木材保護處理對碳素儲量的變化、生物質復合材料的碳素儲存、不同建筑結構住宅的固碳量、提升和發揮木質材料碳匯功能的途徑等方面提及較少。
樹木在自然界中發揮著固定二氧化碳、供給氧氣、保持水土、利于健康等多種重要功能。通過光合作用可以使木材吸收的CO2以有機物的形式儲存于生命體內,固定在木材的各個部分,而木材(木質部)是木材全部生物量中碳素儲存最多的寄存體。構成木材的元素主要有C、H、O三種,三種元素各自所占比例約為C50%、O42.6%、H6.4%。可見,在木材中碳素儲量最多,可以說木材(樹木)是陸地生物最大的碳素儲存庫。森林和樹木具有吸收二氧化碳和固定碳素的重大功能和減少二氧化碳排放、減緩溫室效應的獨特作用,并以此減少生態災難,保障人類的生態安全。樹木生產中吸收的CO2以木材的形式予以固定和儲存,木材是林木生物量中儲存碳素量最大的生物質。所以,科學保護和科學利用木材,對減少二氧化碳的排放和減緩溫室效應具有十分重要的意義。
除木材外,我國每年收獲的農作物秸稈約在7億t左右,也是陸地植物體中儲存碳素最多的物質之一。以前對這類生物質材料的工業利用率很低,絕大部分被丟棄或焚燒,燃燒時所釋放的煙霧嚴重危害環境,甚至妨礙航空安全。因此,要將木材的科學保護和利用擴展到農作物、廢棄物等全部的生物質材料。木材也是良好的建筑材料之一,世界上一些發達國家和木材資源豐厚的地區,很注重采用木結構形式建造住宅和公共、公益性場所。木結構房屋和木質家具使人居空間的木材擁有量增加,木材和木質材料具有獨特的環境學屬性,除長久固定碳素、凈化空氣外,還具有調節建筑室內物理環境的功能,從而提高人居舒適程度。
0.1 全球氣候變化概述
全球氣候問題從工業革命以來逐漸成為全球環境問題的焦點,氣候變化及其所帶來的不利于人類和自然生態系統可持續發展的一系列問題,使得氣候變化問題被國際社會列為全球十大環境問題之首,并成為國際社會普遍關注的熱點話題。目前國際社會不斷通過政府間氣候變化相關組織進行溝通以協調各國應對氣候變化的辦法及確立各國的責任和義務,推動并提高氣候變化的全球參與度和關注度,為緩解全球氣候變化形成了組織基礎。全球氣候變化的因素有很多,范圍較為廣泛,既有歷史因素,又有人文因素,既有經濟因素,又有社會因素。此外,全球氣候變化對于現代人類社會在經濟、社會、環境,甚至政治方面影響巨大,并不僅僅是單一的環境或者氣象學和生態學問題。在經濟方面,氣候變化衍生的全球變暖、碳排放和碳匯問題關乎一個國家和地區的經濟發展規模、發展速度和今后的發展方式。應對全球氣候變化從某種意義上來說也是國家之間政治的角力,是發展中國家和發達國家對于自然資源價值在碳排放空間的爭奪和重新分配。在應對全球氣候變化過程中所衍生的對于新型能源的開發和利用反映了各國對于可持續發展的愿望,另外也刺激了各國利用新技術新方法開發新型能源的積極性。可以說以核能、太陽能、風能、生物質能等為代表的新型能源的利用程度和開發程度是將來各國綜合國力提升和競爭的能源基礎,是解決和應對全球氣候變化的有效途徑。新型能源成為全球主流能源還有很長的路要走,在此之前,如何合理利用和保護現有全球陸地生態系統,提高森林的碳庫作用,優化樹木的配比結構,延續木材的固碳能力是在全球氣候變化對人類生存環境提出嚴峻考驗的情況下最為基本和有效的措施。

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