SA论坛 是来自科学和技术领域专家的受邀评论文章。
编者按：本周，来自商业、政治和科学领域的领导人在瑞士达沃斯举行的世界经济论坛会议上会晤，讨论当今紧迫的问题。大众科学正在与论坛合作发表一系列对顶尖科学家的采访。这是Katia Moskvitch为世界经济论坛进行的四次采访中的第二次。
石油价格从7月份的每桶100多美元暴跌至不足50美元。与此同时，美国已成为世界领先的天然气生产国，帮助该国在能源方面更加自给自足。化石燃料的丰富供应是否会阻碍世界向风能和太阳能等可再生能源的转变？这种不断变化的能源格局对化石燃料在美国能源结构中的作用意味着什么？核能又如何呢？对核废料安全的担忧是否应该超越开发这种无碳污染能源的好处？
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为了找出答案，我们采访了斯坦福大学物理学和分子与细胞生理学教授，奥巴马政府前能源部长朱棣文。朱棣文还因其利用激光冷却和捕获原子方面的工作于 1997 年获得诺贝尔物理学奖。
[以下是采访的编辑版文字记录。]
在您担任能源部长的时期，美国可再生能源的部署翻了一番。化石燃料价格的下跌是否正在扼杀可再生能源的商业案例？
化石燃料价格的下跌确实产生了一些影响，但请记住，美国 78% 的经济体都制定了州强制性可再生能源组合标准。他们要求特定比例的电力必须来自可再生能源。例如，在加利福尼亚州，目标是到 2020 年可再生能源达到 33%。
目前，可再生电力约占美国发电总量的 13%。一半是水电，另一半主要是风能，还有一些太阳能、生物质能和地热。可再生能源的成本已大幅下降。即使天然气（目前最便宜的发电方式）保持在每百万英热单位 4 美元，不享受补贴的风力发电也几乎同样便宜。
在美国阳光充足的地区，发电成本也接近于与新建天然气发电厂持平。风能和太阳能的成本预计至少在未来一二十年内会下降。也许在十年内，可再生能源将在美国许多地区与任何新的能源形式竞争。
您认为当今最大的能源问题是什么？
这是一个组合问题。随着可再生能源和储能变得越来越便宜，必须设计电网系统，以便充分利用成本较低的能源。
随着可再生能源在总能源中所占比例越来越大，备用电力和储能的成本成为可再生能源成本的一部分。有时风不吹，太阳也不照。
有些国家一年中集成的间歇性能源约占 25%。挑战之一是——如何从 25% 提高到 50% 甚至更高？这意味着您必须在更广泛的区域内平衡负载，因为您收集能量的区域越大，您就越能平衡事物。但到 50% 的水平时，您还需要储能。
德国人称从化石燃料和核能转向可再生能源为能源转型[能源转型]。世界真的走在这条道路上吗？
各国将采取不同的道路。我希望德国能够继续运行其核反应堆在其可用寿命期内，以便实现更有序的进展。
在德国，约 30% 的电力来自可再生能源——10% 来自生物燃料，其余来自风能和太阳能。几乎所有的风能都在德国北部，电力必须输送到南部重工业区，有些人不希望输电线路在他们的视线范围内。德国必须找出如何解决这个问题的方法。
中国也在采取行动——它现在已经设定了碳排放和煤炭使用上限的目标，并计划到 2030 年或更早实现可再生能源占比达到 20%。当像中国这样的发展中国家表示，清洁能源是一个重要的目标时，无论是否有联合国协议，这都是一个非常好的迹象。对他们来说，说“我们将继续这样做”是非常重要的。
目前有哪些最有趣的科学进步有可能改变清洁能源？
在太阳能光伏领域，出现了一种称为钙钛矿的新型复合材料，它在实验室测试中的效率从 2009 年的 3.8% 提高到 2014 年的 20% 以上。如果我们可以将这些材料与硅串联使用，光伏发电量可能会增加 50% 的能量。
还有新的电池和超级电容器化学和结构。超级电容器每单位体积可以接受和提供比电池多得多的功率，一个中等尺寸的超级电容器可以在车辆制动过程中实现完全能量回收。我对纳米结构电池和石墨烯基超级电容器特别感兴趣。能效技术也在不断提高：性能相同的汽车，每加仑汽油行驶的距离是 40 年前汽车的两倍，而波音 787 每乘客英里的燃料消耗量仅为波音 707 的 30%。效率的提高是转型的一部分。
您是否同意专家的观点，即电动汽车可以为解决我们的能源问题做出重要贡献？
是的。电动汽车电池的成本已降至 2008 年的约 40%。根据特斯拉超级工厂（一家锂离子电池工厂）的预测，电动汽车的电池成本将比目前再降低一半。在五年内，我们或许可以购买一辆续航 200 英里的汽车，价格为 25,000 美元。
电池的能量密度正在提高——今天的电池能量密度比 15 到 20 年前的电池高出约 60%——即在给定的重量和体积下具有更多的能量。在本十年内，能量密度很可能会翻一番。
清洁技术界存在分歧。一些人认为核能必须是能源结构的关键组成部分，另一些人则认为，由于核废料储存仍然未经测试，它甚至比化石燃料更糟糕。您对此有何看法？
在未来半个世纪，我希望看到核能作为电力结构的一部分，以实现电力供应的多样化。
处理废物是一个问题，因为许多人都不希望它出现在他们的后院。但这主要是一个政治问题，而不是科学问题。存在一些非常稳定的地质场所，核废料可以安全地储存在那里。例如，在美国，我们有大型盐矿床，这些矿床已经稳定（没有水侵入）数百万年，可以为乏燃料提供安全的地质围堵。
在不结束本世纪上半叶之前，我们无法真正放弃化石燃料，因为它们是备用电源所必需的。我们需要发明一种方法，将非常便宜的电力转化为具有成本竞争力的液态碳氢燃料，这些燃料可以通过油轮运输并在世界各地储存。之后，我们才能开始摆脱化石能源和核裂变能源。
您曾涉足政治和科学领域。有时，这似乎行不通。问题出在哪里？
有时，您可能有一群消息灵通的人，他们对如何处理 X、Y 或 Z 持有不同的意见。这就是政治应该介入的地方。
例如，以气候变化为例。气候正在变化，并且有强有力的证据表明，大部分变化是由于人类造成的。虽然对未来会发生什么存在很大的不确定性，但除非我们大幅减少碳排放，否则将存在巨大的风险。恰当的政治辩论应该是如何应对这些风险，但说“除非科学能够明确证明会发生非常糟糕的事情，否则我们可以继续我们目前的做法”是没有意义的。科学无法预测吸烟者是否会患肺癌。经过半个世纪的事后反思，我们现在知道吸烟者的风险是非吸烟者的 25 倍。谨慎的风险管理不会将不确定性作为不作为的借口，而火灾和健康保险是有意义的。我们需要在科学上消息灵通并愿意为自己国家的长远利益采取行动的领导人。