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墨西哥湾英国石油公司深水地平线灾难中浮出水面的真相,以及数亿升石油,是世界没有现成的替代传统燃料形式(如原油)的替代品,并且可能在一段时间内不会有,尤其是在全球能源需求增长的情况下。包括天然气、风能、太阳能、核能和生物燃料在内的更清洁的能源替代品,在产生温室气体的石油(以及煤炭)方面取得了进展,但在这些廉价、高效的燃料来源能够逐步淘汰之前,还有很长的路要走,这是最近在Technology Review的新兴技术(EmTech) 会议(在马萨诸塞州剑桥市举行)上 assembled 的一个主题小组得出的结论。(Technology Review 由麻省理工学院出版,会议也在那里举行。)
化石燃料(特别是石油和煤炭)在 2000 年占全球能源消耗的近 90%,预计仍将是 21 世纪的主要能源,在 2100 年供应 70% 至 80% 的能源需求,根据 2007 年美国气候变化科学计划报告(pdf),该报告由美国能源部气候变化科学计划产品开发咨询委员会编写。
考虑到埃克森美孚和壳牌的专家组成员在石油、天然气和煤炭行业中拥有巨大的利益,以下是该小组对为什么石油和煤炭如此难以被以下替代能源取代的看法
天然气
埃克森美孚赞成提高美国天然气的消耗量,部分原因是与煤炭相比,天然气每小时燃烧产生的温室气体至少减少 50%,埃克森美孚高级技术顾问纳齐尔·博尔在小组讨论中表示。当然,埃克森美孚在天然气方面有重大投资,它是全球最大的生产商之一,并且最近收购了 XTO 公司,该公司积极开发从阿巴拉契亚盆地马塞勒斯页岩地层中提取天然气的方法。此外,即使天然气不是可再生资源,但储量也很丰富。“页岩气将在短期内彻底改变这个国家的能源,”博尔说。我们的脚下是“过去 10 年来最大的能源革命,但人们没有认识到这一点。”
麻省理工学院斯隆管理学院高级讲师、该学院全球变化科学与政策联合项目联席主任约翰·赖利也同意,增加天然气的使用是近期更清洁能源的最佳选择。赖利也是美国气候变化科学计划报告的共同作者之一。
尽管如此,尽管天然气已经得到广泛使用,并且与其它选择相比,不那么“替代”,但寻找新的来源以满足不断增长的需求并非没有争议。特别是,人们担心用于捕获天然气的水力压裂工艺(称为“压裂”)可能会对环境和公共健康构成威胁,如果该操作中使用的化学物质污染地下饮用水。
风能 风能与煤炭相比,在成本竞争力方面远高于太阳能。“我们认为风能在近期比太阳能更好,因为我们不认为太阳能的成本会降到与风能竞争的程度,”埃克森美孚的博尔说。
风能的问题仍然是其间歇性发电和短暂的储能能力。赖利说,目前尚不清楚大量风力发电场可能对较低层气流产生什么影响,以及这本身是否会影响气候变化。
太阳能
加州理工学院应用物理学和材料科学教授哈里·阿特沃特表示,到达地球的太阳能总量有能力提供太瓦(万亿瓦)的电力。阿特沃特在“能源的未来”小组讨论后的演讲中指出,太阳能目前仍仅占能源发电量的不到百分之一。(全球能源消耗目前约为 15 太瓦。)太阳能发电的困境在于,基于硅的光伏电池效率相当高,但价格也非常昂贵,而薄膜电池相对便宜但效率低下。
阿特沃特说,为了使无补贴的太阳能发电能够与煤电或天然气发电竞争,其成本需要达到每瓦 1 美元——如今,太阳能比化石燃料贵三到五倍。他正在研究通过使用包括非晶硅 (a-Si)、铜铟硒化物 (CIS) 和碲化镉 (CdTe) 在内的材料来利用硅的效率并降低成本的方法。
核能
根据国际原子能机构的数据,2009 年核能满足了全球近 14% 的电力需求。
然而,在经历了数十年的稳定增长之后,核能发电量近年来实际上有所下降,因为一些核电站已经关闭(例如日本,由于地震问题),并且新电站的建设已被推迟(最值得注意的是芬兰的奥尔基洛托核电站)。核能选项(即,使用核裂变反应加热水,产生蒸汽,从而转动涡轮机以产生大量电力)的启动成本很高——建造核电站的成本可能是建造粉煤电站的两倍以上,赖利说。
生物燃料
壳牌对生物燃料特别感兴趣,尤其是藻类,埃克森美孚也是如此,该公司去年向克雷格·文特的 Synthetic Genomics 公司投资了 6 亿美元。“是什么使生物燃料具有可持续性是一个有趣的问题,”壳牌全球解决方案首席科学家何塞·布拉沃在 EmTech 小组讨论中说。“它因地区而异。”
生物燃料可能为汽油和柴油提供补充,但赖利说,要完全用生物燃料取代它们,将需要一块不可能实现的 10 亿公顷土地,他还补充说,“仅仅因为生物燃料可以在实验室中做得很好,并不意味着它可以大规模生产。”