2019年8月，企业管理出版社出版张明龙与张琼妮合著的《美国环境保护领域的创新进展》，大32开本508页，50万字，中国版本图书馆CIP数据核字（2019）第273469号。
为使经济发展与环境秀美齐头并进，社会进步与生态平衡并驾齐驱，人们萌生了环境保护意识，随后推出一系列环境保护措施。近年，各国政府纷纷采取行政管理的、经济补偿的、法律法规的、工程技术的、宣传教育的、社会监管的多种方法，鼓励个人和集体自觉保护自然资源并使其得到合理利用，防止自然环境受到污染和破坏。时至今日，国际上公认，美国生物学家蕾切尔·卡逊所著《寂静的春天》，是世界环境科学的逻辑起点。因此，可以说，美国产生了加强环境保护的第一声呐喊。多年来，美国高度重视环境保护事业的发展。特别是，其凭借世界头号科技强国的实力，在环境保护领域的研究开发方面，占据资金投入和人才供给优势，从而使其拥有的环境保护创新成果与技术设备，一直保持世界领先水平。梳理21世纪以来美国环境保护领域取得的创新成果，可以发现具有以下主要特色：
（一）注重发展环境友好型产品
1．推进清洁产品的研发
清洁产品，通常表现为产品在生产、流通和消费的整个生命周期中，不会造成污染环境、破坏生态和危害人体健康的现象。研制开发清洁产品，可以从源头上控制或消除环境污染的危害。美国研发的清洁产品品种多，规模大，其中清洁能源产品尤其突出。近年，美国清洁能源产品的新成果主要有：研制出能在极端温度下工作的锂离子电池，性能优异的“沙基锂离子电池”，能量密度提高三倍的碳纤维锂空气电池，充放电750次仍可用的锂空气电池，能量密度为传统电池4倍的全固态锂硫电池，以及廉价高功率的锂硫电池。制成储电能力极强的可充电熔融—空气电池；开发出可储存大量绿色能源的锑合金电池，研制出容量大、寿命长和安全性高的水基锌电池。开发以人工光合作用制氢的新技术，通过模仿树的能量转换发明高效太阳能制氢技术，还用纳米技术制造廉价氢燃料；研制出硼—氮基液态储氢材料、基于三氢化铝的储氢容器。研制高转化率的钙钛矿太阳能电池，以及无毒钙钛矿太阳能电池；用二氧化钛纳米棒制成高质量太阳能电池，设计出高效光电转换率的锑化镓基太阳能电池模型；采用新型“金字塔”结构提高太阳能电池效率，发明光电转化率创纪录的有机太阳能电池。以芒草和牧草为原料开发生物燃料，用植物纤维素和木质素开发生物能源。设计出新型核聚变反应堆模型，托卡马克聚变反应堆实验破世界纪录，开启氘—氚受控核聚变实验。尝试用高空风力发电机给地面供电，设计出漂浮海上的风力涡轮机，制成碳纳米管增强型风电叶片。以波浪发电作为海洋可再生能源开发的突破口，试用“减压法”开采洋底的可燃冰；利用增强型地热系统开发深层地热资源。开发出利用身体动能边走边发电的新型背包，可给10部手机充电的膝盖发电器，以及把人体运动转化为电力的装置，还制成可把人体热量转换成电能的热电装置。
2．推进可自洁产品的研发
利用纳米凸状涂层发明自我清洁玻璃，以纳米纤维发明无雾免擦玻璃，开发出自洁不反光纳米结构玻璃。以特氟龙为基础研制成自洁抗油污表面材料，发明基于特氟龙的遇水自洁去油垢涂料；研制出能使衣物自动清洁的高分子膜染料、使服装面料能自动清洁去污杀菌的纳米涂料，用聚合物溶液开发出几乎可抗任何液体吸附的超级自洁涂层；研制出多功能可自我清洁的纳米塑料纤维。
3．推进可降解产品的研发
到21世纪初，美国成立了十多家生物降解塑料的开发机构和生产企业，其中卡吉尔道公司（Gargill Dow），是目前世界上生物降解塑料产业化生产规模最大的公司，主要生产聚乳酸系列的生物降解塑料。它十多年前就已建成14万吨/年规模的生产能力，后来又投资30亿美元，实施聚乳酸和聚交酯的大规模产业化。近年，美国生物降解塑料方面的新成果主要有：用鸡毛制造可降解塑料制品，发明以玉米为原料可完全分解的塑料包装瓶，新一代高性能可降解天然聚羟基脂肪酸酯塑料，用生物聚合物制成新型可降解塑料，发明可加快生物降解的纳米杂交塑料。另外，已研制出可降解的硅制电路板，使看似经久耐用的硅制电路板用过后，能在几天甚至十几个小时之内化为乌有，成为可降解的物品。同时，发明一种柔性的有机电子器件，用醋这样的弱酸性物质就可以无毒降解。这种电子器件未来不仅可以减少有害的电子垃圾，还可应用于可穿戴医疗设备、环境监测等方面。
4．推进自修复产品的研发
用聚合物研制出能自我修复宇航服的“聪明材料”，研制成功宇宙飞船用的“自愈”树脂基复合材料；开发出可用于运输和航空领域的超强自愈高聚材料、能让电子产品自我修复的新聚合物材料，首次用纳米棒研制出能自愈的聚合物凝胶。用二氧化硅和氧化铝制造自修复超级光滑涂层；开发含有催化剂和修复剂胶囊的自我修复涂料，具有自我修复功能的聚亚胺酯涂层，以及宜用于光滑管道内壁的自我修复有机涂料；首次用高分子涂层制成能自我修复的电池电极。开发出可感知损伤并自主修复的有机材料，含有高分子脉管系统的可自愈强化纤维材料，能够自行修补直径达1厘米空洞的塑料，还开发出橡胶材料与离子导体有机融合的自愈材料。
5．推进可循环利用产品的研发
开发出可循环使用的自擦除打印纸张。据悉，这种纸张上打印的文件信息，会在16个小时内“消失”，只要人们将它们再次放入复印机的进纸盘中，它们还可以再次使用。研制出可循环利用和再塑形的塑料。研究人员利用硬度较高的聚苯乙烯，与另一种比较柔软塑料的混合物，开发出到一种新型物质，它经过处理，能软化成一种可以被模塑成各种形状的透明塑料，并在重复利用10次后，其韧性和强度保持不变。成功研制可循环利用的终极塑料，据报道，把这种塑料暴露在350纳米的紫外线下，照射3个小时，就能完全分解为原来的可溶性分子，这些分子还可再次生产新塑料。
（二）注重研发节能省耗产品及其设备工艺
1．推进节能省耗电子产品的研发
开发节能省耗的发光二极管，其成果主要有：用刺激微小纳米晶体发光方法制成发光二极管，利用纳米碳管研制出超亮发光二极管，开发出超快纳米级发光二极管、“自旋极化”有机发光二极管、破纪录的超快发光二极管，以及更稳定高效的钙钛矿发光二极管。发明可替代白炽灯的薄片节能照明装置，研制出迄今能耗最低的全光开关。制成超低能耗的集成电路，能同时利用多种环境能源的节能芯片；研制以海水热量为动力的节能省耗水下机器人。
2．推进节能省耗交通工具的研发
研制出世界上最小的紧凑型高效率装甲车用柴油发动机，燃油消耗低的紧凑型车用柴油发动机，高效经济型的混合动力车用发动机，并加速研发对置活塞对置汽缸节能发动机。开发可感知自身损坏的节能轮胎，以集橡胶与塑料优点的新材料制造节能轮胎，以植物纤维素开发轮胎节能的新材料。同时，各种高效先进的节能新材料正大量进入汽车制造领域，并开发出可将振动转化为电能的汽车减震器。此外，研发安静高效的节能型“未来飞机”， 还推出可大幅度节省燃料的新概念客机。
3．推进节能建筑的设计建造
设计出用足太阳能和风能的节能建筑。如旋转式太阳能住宅，用8面扇形外墙和一块圆形地板组成。8面扇形外墙相互叠加，可以围绕着中央的支撑柱旋转。外墙是一种百叶窗式的结构，打开时可以透光，封闭时可以遮雨挡风。适合沙漠地区的风凉大棚，其屋顶上布满涡轮风扇，它们可以吸收四周吹来的风，并用这些风力来发电。能折叠的曲折外墙，它可以有效地抵御风吹雨淋，至少可以抵御7级左右大风，它还可以增加太阳照射的面积，让房子冬天也很暖和。风力发电的太阳风礼堂，其建筑中部高于底座45米处安装着风力涡轮发电机，它可以发电直接使用或存储在电池里，电池安装在礼堂的基座下。节能建筑方面其他新进展还有：鼓励民众对房屋进行节能改造，拟分阶段实施“太阳能屋顶”计划；研制出能让房屋外墙发电的纳米太阳能涂料，能使建筑物在烈日下保持凉爽的新涂料；用纳米复合材料让房屋窗户能够动态调控光和热，研发让建筑物不耗电而制冷的节能材料，还开发出自然通风而无空调建筑的设计软件。
4．推进节能材料的研发
研制出既节能又安全的建筑隔热防爆有机膜，遇光吸热按需放热的聚合物薄膜。发现能把热直接转化为电的多铁性材料，用铪锆混合物研制把汽车废热转化为电能的新材料，通过改造碲化铅制成高转换效率的热电材料，用硒化锡研制可防热量浪费的热电新材料，开发出热电性能优异的纳米硒化锡材料。另外，还制成能把废热转化为电能的充电电池材料。
5．推进节能设备与工艺的开发
一是开发出数字化技术为基础的多功能节能陶瓷窑炉，其加热方式是将发热体安装在窑炉顶部、底部及四周炉壁上，因此能够实现对产品坯体均匀加热，而且效率更高。二是开发出乙烯低温制备新工艺。通过使用一种经过基因改造的噬菌体病毒，不但可以大幅提高甲烷转换为乙烯的效率，还能显著降低生产过程中热量的消耗。三是开发出耗能大幅度降低的聚合物制造新工艺。与传统的聚合物制造过程需使用大量外部能源不同，这项新工艺寻求从聚合物化学反应中获得驱动能源，推动聚合物的固化过程，进而大幅降低生产能耗和生产时间。据报道，使用新工艺耗费的能量，要比目前的制造工艺低10个数量级，所耗费时间也要少两个数量级。
（三）注重研究“三废”的综合利用
1．推进废气二氧化碳综合利用的探索
尝试利用藻类把二氧化碳转化为生物燃料，利用细菌把二氧化碳转化成甲烷，借助转基因微生物把二氧化碳和水变成生物燃料，利用电力和微生物把二氧化碳转化为液体燃料。依据光合作用原理把二氧化碳变成一氧化碳，以人工光合作用系统把二氧化碳转化为汽车燃料，通过人工光合作用把二氧化碳转化为燃料甲酸等产品，集中阳光热能和高压把二氧化碳和水直接变成液态烃。用铁基催化剂把海水中二氧化碳与氢合成为燃油，用金属钌催化剂把二氧化碳直接转化为甲醇燃料。发现可在低压下把二氧化碳转为甲醇的镍-镓催化剂，开发出能把二氧化碳高效转化为清洁燃料的含镍催化剂，能把二氧化碳变为燃料的含钴多孔材料催化剂，能把二氧化碳变为一氧化碳的含银多孔材料催化剂。研制“吃”二氧化碳“吐”生物燃料的仿生叶装置，开发出低温低压下用二氧化碳制造合成气的新工艺。同时，用二氧化碳制造塑料包装材料，把二氧化碳和农作物残留物转化为塑料，使二氧化碳转变为碳纤维；开发出用二氧化碳当工作液的金属加工工艺、利用二氧化碳作溶剂的新模型铸造工艺，还研制出利用二氧化碳浓度差发电的装置。
2．推进废水综合利用的探索
通过电击细菌把废水变为氢燃料，开发把尿液变为清洁能源氢的新技术，开发在废水中低成本提取氢气的新技术；开发把发电厂冷却水变成干净淡水的新技术。研制出利用废水发电的微生物燃料电池，利用废水发电的微生物逆向电渗析电池，以及既可净化污水又能发电的微生物燃料电池，并设计出利用污水高效发电的微生物电池。
3．推进固体废弃物综合利用的探索
用类似微波炉的特殊机器把废弃塑料和橡胶变成柴油，由废弃塑料制取润滑油基础油，研制可将废弃塑料转换成3D打印的原材料；研发高性能聚乙烯回收料助剂，拟把3D打印机运到太空回收塑料再利用，还发现可制蛋白质饲料的黄粉虫能以塑料为食。用废纸制造新型建筑板材，把电厂粉尘变废为宝作为制砖原料；研制出用铝业废物做混凝土原料，在水泥中添加废玻璃制成更坚固的混凝土。用鸡蛋壳提取骨胶原，把废弃的家禽羽毛变成有用的纤维，用稻草和羽毛为原料制成织物，用稻壳生产绿色建筑材料。用生产乙醇的副产品酒糟开发生物柴油，找到让酸奶渣变成燃料的新方法。把植物废料合成为生物石油，用废弃的桔子皮制造酒精燃料，以林业纤维素废物制造乙醇，用秸秆等农林废弃物生产生物燃料，以玉米芯制造纤维素乙醇，用玉米芯制成纳米孔天然气储存装置，巧用进化策略提高农林废弃物制生物燃料的效率。利用微生物把垃圾转化成燃料，开发垃圾填埋气为烧制砖块的燃料。利用餐余垃圾发电，利用农场牛粪发电，研究利用狗粪发电。
（四）注重研究影响生态环境的气候变化
1．推进气候影响生态环境的研究
发现全球气候变暖不均有升有降，发现全球城市地区热浪近年愈发汹涌，气候模型预测北大西洋变暖速度加快。研究显示全球变暖可致地球倾斜角度改变，发现全球变暖导致闪电活动更加频繁。发现气候变化将减缓大气循环速度，气候变化影响全球风能资源分布。发现降水变化可能影响生物的自然选择，发现全球气候变暖造成多种候鸟冬季北迁，发现鸟类之死无关高温而有关降水量，发现冷血动物适应全球变暖能力差。发现气候变暖将导致适宜植物生长的期限缩减，发现植物面对全球变暖很“淡定”，发现气候变化引发美国树种西迁。模拟研究显示气候变暖有可能危及全球粮食产量，发现全球变暖对农作物产量影响复杂，发现气候变暖可增加全球玉米歉收概率，模型预测发现全球变暖或导致虫害增加主粮减产。研究表明气候变化将导致人类大规模迁居，发现温度变化或影响居民迁移现象，研究指出气候变得恶劣会危害社会日常治理。
2．推进影响气候变化因素的研究
发现太阳活动周期与地球气候变化存在内在联系；发现海洋环流也参与调节气候变化，发现太平洋深处是气候的时间胶囊；发现北极暖化与大气气溶胶有关，研究表明氧气可能长期影响地球的气候；发现小火山喷发能为地球降温，发现火山活动多寡会造成地球气候冷热变化。发现氢氟碳化物能导致气候变暖，发现三氟化氮是气候变暖的新威胁；认为永冻土融化释放过量碳会加速全球变暖。发现城市污染气体可与森林排放物混合影响气候变化，发现次生林也能拯救气候。发现风力农场或对周边地区有暖化效应，模拟研究表明人类活动可致未来降雨增加30%。研究表明人类几千年的刀耕火种改变了全球气候，还发现人类正在改变季节性气候周期。
3．推进应对气候变化方法的研究
开发出预测天气的高精度计算机模型；探讨气候数据库建设方案，发现气温记录方法低估全球变暖趋势，发现珍珠母贝能忠实记录海洋温度。拟用方解石微粒助力缓解气候变暖，提出通过在高空撒盐为地球降温；研究显示建太阳屏障对抗气候或是危险选择，认为向平流层注入硫酸盐气溶胶调节气候副作用大。
4．推进应对气候变化设备的研发
拟建造监测全球降水情况的卫星网，开发能区分大气成分的新温室气体监测系统，开发能够帮助预测龙卷风的次声波监听设备。成功发射史上最强的气象观测卫星，通过发射一群小卫星加强气候变化研究。
（五）注重研究生物多样性与生态环境保护
1．推进生物多样性的研究
发现生物多样性是生态系统稳定的关键，研究显示地球可能正在进入新一轮物种大灭绝早期阶段。发现森林与农田共存有利于提高生物多样性效益，牲畜与野生动物混居或有益于维护生物多样性。影响生物多样性的生物群落因素研究发现，热带森林损失远远超过联合国的预期数量。影响生物多样性的工程因素研究认为，修建大坝会影响亚马孙河流域的生物多样性。发现混合林能有效提高植物乃至生物的多样性收益；发现森林被建筑物隔离会造成植被数量和种类大幅减少，研究表明全球森林树种多样性受损可致高昂经济代价；倡议设立记录生物多样性的冷冻植物库。发现大型海洋动物灭绝风险更高，认为动物种群数量大幅减少是在提示物种灭绝危险，发现森林退化会加速苏门答腊虎灭绝；研究发现单一动物物种缺失会严重影响淡水生态系统。
2．推进生态环境保护的研究
首次量化“城市热岛”效应；机器人潜艇下潜到最深海底探测生态信息，开发出以海洋生态系统为基础的最精细三维海洋图。绘制出最全面的全球植物物种分布图，开发出预测植物响应干旱影响的模型，绘制成首份全球土壤细菌群落图谱。研究纳米材料生产对环境和安全的影响，提出纳米材料等新技术制造业需综合考虑环境成本。利用昆虫控制入侵植物的生长，用化学方法对付海洋七鳃鳗对淡水湖的生态入侵。提出保护世界最重生物体的生态系统。发现白蚁蚁巢可遏制土地沙漠化，开发把油污土壤变成沃土的热解技术，发现激光技术能够迅速清除土壤中的污染物。
本书由7章内容组成，分别介绍美国在大气污染防治、水体污染防治、固体废弃物污染防治、噪音和辐射污染防治、节能环保产品与清洁产品、环保材料与药剂、生态环境保护领域的创新信息。本书密切跟踪美国环境保护领域创新活动的演进轨迹，所选材料限于21世纪以来的创新成果，其中95%以上集中在2005年1月至2018年12月的10多年期间。本书披露了大量鲜为人知的前沿信息，可为遴选环境保护方面研究开发项目和制定相关政策法规提供重要参考。
