当煤炭耗尽时会发生什么?

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


德国林道——解决能源未来等政治敏感话题的最佳方式是什么? 消除政治因素。“我们将跳过政治,” 1998年诺贝尔物理学奖得主罗伯特·P·劳克林在林道举行的第60届年度诺贝尔奖获得者林道会议上对一群年轻科学家和其他听众说道。“我对现在不感兴趣,而是对你们子孙的子孙的时代感兴趣,那是六代之后和200年后的事情,” 当所有碳燃烧都已停止,因为已被禁止或已耗尽时,他说。“这样思考问题非常简单。与其争论现在该做什么,我想谈谈当没有煤炭时会发生什么。”

在两个世纪后,人们仍然会想要驾驶汽车、乘坐飞机和在房屋中照明。“我认识的每个人都认为,随着廉价石油的枯竭,价格会大幅上涨,并且会对资源进行争夺,” 他在周一表示。听众席上的年轻科学家“需要弄清楚如何防止这场争夺演变成热战。”

为了实现这一目标,劳克林确立了一些关于天然气、石油和煤炭等碳氢化合物的原则:每个人都想要最便宜的天然气;当石油耗尽时,价格会波动,但可以通过正在开发的技术进行管理;当煤炭最终耗尽时,必须进行进一步的创新以保持社会稳定。


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“为什么不减少煤炭使用呢?” 他问道。他展示了一张图表,该图表将碳燃烧与几个国家的国内生产总值(GDP)增长联系起来。“这就是为什么在削减全国碳使用量方面没有人愿意率先行动的原因,” 他补充道。“我们将永远不会拥有无碳经济。”

我们永远无法完全摆脱碳的另一个原因是:现有和正在开发的技术可以缓解能源问题的一些方面,但物理定律为其他方面设置了障碍。例如,当碳氢化合物不再广泛可用时,核能、太阳能和风能可以保持照明。“现在没有人喜欢核能,但如果你让他们在核能和灯光熄灭之间做出选择,你认为谁会投票反对核能?” 劳克林问道。如有必要,煤炭可以转化为汽油,就像二战期间德国人使用弗朗茨·费舍尔和汉斯·托罗普施在1920年代开发的工艺所做的那样。但是,目前没有其他燃料能够提供航空燃料飞行所需的能量密度——单位重量的能量。“从根本上来说,不可能改进航空燃料,因为它会违反物理定律,” 劳克林断言。“除非你制造碳氢燃料,否则你不能拥有飞机。”

劳克林说,费舍尔-托罗普施工艺通过将一氧化碳和氢气通过铁或其他催化剂来生产液态碳氢化合物,可以使用不同的原料。在1940年代,德国人使用煤炭。今天,一些工厂正在上线,这些工厂开始使用天然气而不是煤炭,以获得更好的碳足迹。其中最大的几家是壳牌在马来西亚的工厂和卡塔尔的一家工厂。将来,将会有其他原料,例如植物材料。

仅靠农业作为来源是不够的——对于美国来说,所需的面积将略大于得克萨斯州。但是,包括盐水种植植物在内的多种来源的组合,可能会在相对较短的时间内使我们达到目标。“石油将会消失,加油站不会有任何变化,因为技术已经到位,” 劳克林预测。“好消息是,一旦你建造了这些 [费舍尔-托罗普施] 工厂,你就可以使用任何东西,包括垃圾,来进行生物燃料转化。最大的问题是初始资本成本。” 我们可以随着时间的推移调整这些设施。

劳克林说,最终,今天的能源相对昂贵而碳廉价的情况将会逆转:“从现在起200年后,将会出现一个现在不存在的新产业。从现在起200年后,能源稀缺不是问题;碳稀缺才是问题。” 那时会怎样?

劳克林预测,最终,我们将学会如何从空气中回收碳。这种碳可以用于改进的费舍尔-托罗普施工艺。“如果这种情况发生,这是一个好消息,而且我认为它会发生,” 他总结道。

大众科学的姊妹刊物自然,以及由自然光谱,《大众科学》的德语版组织的专题网站林道博客上了解更多信息。幻灯片2010年发现:能源,涵盖了另一项林道倡议,一个关于能源的博物馆展览。

Mariette DiChristina, Steering Group chair, is dean and professor of the practice in journalism at the Boston University College of Communication. She was formerly editor in chief of 大众科学 and executive vice president, Magazines, for Springer Nature.

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