清潔能源的“后患”

呂靜

有一種說(shuō)法叫“美國(guó)夢(mèng)”，說(shuō)的是“讓所有公民過(guò)上更好、更富足、更幸福的日子”，這意味著住在寬敞的、四季如春的房子中，一個(gè)家庭擁有一輛到三輛汽車，還可能有一條游艇或一個(gè)度假屋，至于經(jīng)常坐飛機(jī)出國(guó)旅游那就更不用說(shuō)了。

問(wèn)題是，這種生活方式會(huì)消耗大量的能源——如果世界上每個(gè)人都像美國(guó)人一樣生活，那么，我們每年需要的能源將是現(xiàn)在的10倍。而且，在一百年或三百年內(nèi)，人們有望開(kāi)發(fā)出會(huì)照顧人的機(jī)器人，并且可能到太空去旅游，這樣一來(lái)，勢(shì)必需要更多的能源。那么，我們到哪里去找能源呢？

因?yàn)槎趸紝?duì)全球變暖的巨大影響，繼續(xù)依賴化石燃料將會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。但是，可再生能源也同樣會(huì)影響氣候，雖然現(xiàn)在“清潔能源”對(duì)氣候帶來(lái)的影響，與那些排放溫室氣體的化石燃料相比還微乎其微，但是，如果我們?cè)谖磥?lái)的世紀(jì)中繼續(xù)使用越來(lái)越多的能源，那么，這種影響就將會(huì)越來(lái)越顯著。雖然這方面的研究還處在起步階段，但業(yè)已出現(xiàn)了一些驚人的結(jié)論。

廢熱效應(yīng)

有人提出，核能并不是能源問(wèn)題的長(zhǎng)期解決方案。就算是發(fā)展可再生能源，如風(fēng)力發(fā)電，也要慎重。因?yàn)?，其大?guī)模的應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生局部和全球的影響。不過(guò)，這些影響不一定都是壞事，我們也許可以利用它們改進(jìn)氣候，用來(lái)抗衡全球變暖。

正如美國(guó)哈佛大學(xué)斯密森尼天體物理中心的艾瑞克·蔡森所指出的，任何行星范疇的文明都有一個(gè)根本問(wèn)題，即不管你使用什么樣的能源，它最終都會(huì)變成“廢熱”。比如，你給手機(jī)和電腦充電，其中很多電能都以加熱電路而告終，其余的則轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)線電波或光，這些波會(huì)被其他表面吸收，最終再轉(zhuǎn)變?yōu)闊?。這與你在廚房使用攪拌機(jī)、在室外使用電鉆，或在家里打開(kāi)電扇的道理是一樣的，除非你試圖向外星人傳送無(wú)線電信號(hào)，一般情況下，你使用的絕大部分能量都終將讓地球“發(fā)熱”。

現(xiàn)在，人類在任一時(shí)間使用的能源量略超過(guò)16萬(wàn)億瓦特，這與同時(shí)間內(nèi)地球所吸收的12萬(wàn)萬(wàn)億瓦特的太陽(yáng)能相比當(dāng)然是微不足道的。在過(guò)去的幾千年中，地球大致處在平衡狀態(tài)，氣候變化不大，然而現(xiàn)在溫室氣體水平不斷上升，大概有不到380萬(wàn)億瓦特的熱量逸出，其結(jié)果是，地球正在變暖。這種變暖是由于16萬(wàn)億瓦特或者說(shuō)是人類活動(dòng)所產(chǎn)生的廢熱所致。如果人類不顧我們所面臨的巨大挑戰(zhàn)，而持續(xù)使用越來(lái)越多的能源，廢熱在未來(lái)將會(huì)成為一個(gè)巨大的問(wèn)題。據(jù)蔡森計(jì)算，如果我們對(duì)能源的需求增至5000萬(wàn)億瓦特，地球溫度就會(huì)增加3°C。

這種廢熱制暖的效果將與由于二氧化碳（CO2）水平提高而造成的變暖作用疊加在一起，對(duì)地球溫度帶來(lái)影響。如此大量的能源使用，現(xiàn)在看起來(lái)似乎還難以置信。然而，如果我們的能量消耗繼續(xù)呈指數(shù)級(jí)的增長(zhǎng)，到2030年即可以達(dá)到這個(gè)數(shù)字了。

蔡森說(shuō)他的研究只是粗略的估算，他情愿有人能夠證明他是錯(cuò)的，但迄今為止，還沒(méi)有人這么做過(guò)。相反，美國(guó)國(guó)立大氣研究中心的馬克·弗蘭納已經(jīng)建立的初步模型表明，到2100年，廢熱會(huì)導(dǎo)致大型工業(yè)地區(qū)升溫0.4°C到0.9°C，這與蔡森的估算是一致的。而現(xiàn)有的一般氣候模型并沒(méi)有把廢熱效應(yīng)計(jì)算在內(nèi)。

這是不是意味著人類文明會(huì)被它本身所消耗的幾百萬(wàn)億瓦特的能源所限制了？不一定，這取決于能源來(lái)自何處，假如你將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姡缓笥盟鼇?lái)燒開(kāi)水，這并不會(huì)導(dǎo)致地球變暖。但是，如果你使用從化石燃料或核電廠來(lái)的能源燒開(kāi)水，你就增加了額外的熱量。蔡森說(shuō)：“唯一不會(huì)給地球增加熱量的能源就是太陽(yáng)能及其衍生能?！彼?，即便核聚變可以在理論上提供一種無(wú)限的能源，但在能源需求持續(xù)增長(zhǎng)的情況下，我們也不能隨意使用核能，這樣才不會(huì)令地球明顯變暖。

合理開(kāi)發(fā)風(fēng)能和太陽(yáng)能

在地球上，人類可能已經(jīng)沒(méi)有機(jī)會(huì)將溫室氣體降低到工業(yè)化之前的水平。雖然廢熱造成的變暖作用并不是主要的，不過(guò)蔡森認(rèn)為，我們不妨盡可能快地“切換”到以太陽(yáng)能為基礎(chǔ)的能源上?！叭巳硕纪馕覀儽仨毑扇⌒袆?dòng)來(lái)阻止二氧化碳的上升，但是，我們還需要擔(dān)心因長(zhǎng)期的能源使用而對(duì)大氣造成的額外加熱作用。”他說(shuō)：“我的觀點(diǎn)是，如果我們可以同時(shí)兼顧這兩項(xiàng)，那么，為什么不現(xiàn)在就采取行動(dòng)呢？”

這正是斯坦福大學(xué)的馬克·雅各布森的觀點(diǎn)。他一直在推行一個(gè)雄心勃勃的計(jì)劃，要在2030年大規(guī)模啟動(dòng)可再生能源。他設(shè)想，這其中風(fēng)能和太陽(yáng)能可能占到90%。但如果到了這樣的規(guī)模，即便是可再生能源也會(huì)開(kāi)始影響氣候。

以風(fēng)電為例，2010年，伊利諾伊大學(xué)香檳分校的索姆納特·巴達(dá)·羅伊報(bào)道，風(fēng)電農(nóng)場(chǎng)影響當(dāng)?shù)貧夂?。加利福尼亞桑哥弓尼奧風(fēng)電場(chǎng)的長(zhǎng)期數(shù)據(jù)證實(shí)了他的早期模型預(yù)測(cè)：夜間，風(fēng)力渦輪機(jī)后側(cè)地面溫度比前面要高。

羅伊認(rèn)為，由渦輪機(jī)產(chǎn)生的氣流從上層吸入空氣。白天，最熱的空氣一般靠近地表，則對(duì)高于地表的環(huán)境具有降溫作用；夜間，靠近地表的空氣比上層更冷，則可能有讓環(huán)境變暖的作用。如果將風(fēng)電農(nóng)場(chǎng)置于有很多渦流的地區(qū)，這種效果可能會(huì)最小。

但是，有人可能并不想將這種效應(yīng)最小化。紐瓦克特拉華大學(xué)研究風(fēng)電的克里斯蒂娜·阿徹說(shuō)：“出于農(nóng)業(yè)的原因，這些作用實(shí)際上是受人歡迎的?！崩眠@一策略建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)，可使農(nóng)作物保持冬暖夏涼，并能降低秋冬季節(jié)的霜凍風(fēng)險(xiǎn)。如今，美國(guó)加利福尼亞和佛羅里達(dá)的農(nóng)民已經(jīng)在通過(guò)使用風(fēng)電渦輪機(jī)吸取暖空氣來(lái)抵抗霜凍了。

2004年，由加拿大卡爾加里大學(xué)的大衛(wèi)·凱斯所領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究表明，在2萬(wàn)億瓦特的水平，風(fēng)電對(duì)氣候的影響可能開(kāi)始變得明顯。按照德國(guó)耶拿大學(xué)馬克斯·普朗克生物化學(xué)研究所的阿克塞爾·克萊登等人的研究，風(fēng)電的影響取決于我們所得到的有效功率比例。他們最近計(jì)算出有多少風(fēng)能是從上到下——從太陽(yáng)輻射進(jìn)入開(kāi)始，驅(qū)動(dòng)風(fēng)產(chǎn)生大氣溫差的。這一研究小組稱，提取現(xiàn)有的所有風(fēng)能可能會(huì)產(chǎn)生氣溫和降水的變化，但是他們并不認(rèn)為地球會(huì)因此而全面變暖。

不像克萊登的研究是基于對(duì)風(fēng)速的實(shí)際測(cè)量，阿徹和雅各布森則是從下至上進(jìn)行估測(cè)，在陸地和海上100米的海拔高度，有風(fēng)能1700萬(wàn)億瓦特，在這些風(fēng)能中，72萬(wàn)億～170萬(wàn)億瓦特可以以一種實(shí)用和有成本效益的方式用來(lái)開(kāi)發(fā)使用。這種規(guī)模的風(fēng)能開(kāi)發(fā)對(duì)氣溫和降水的影響非常小，以至于我們不能從自然變化中區(qū)分出來(lái)。

不過(guò)，與太陽(yáng)能相比，風(fēng)力資源仍比較有限。 蔡森說(shuō)：“我認(rèn)為地球上根本就沒(méi)有可以獲取的、讓我們長(zhǎng)期使用的足夠的風(fēng)能。水能和波浪能也是一樣。唯一可以持久使用的就是太陽(yáng)能。僅僅使用現(xiàn)有的技術(shù)就能產(chǎn)生上千萬(wàn)億瓦特的太陽(yáng)能電力”。

就算太陽(yáng)能可能影響氣候，我們也可以改變太陽(yáng)能電池板的表面反射率或反照率。只有大規(guī)模利用太陽(yáng)能時(shí)，才可能會(huì)潛在地影響到氣候。只要我們不捕捉成百萬(wàn)億瓦特，從而直接將熱量反射回太空，太陽(yáng)能的使用對(duì)氣候的影響就相對(duì)較小。

有些人將可再生能源對(duì)氣候的影響與廢熱討論僅僅當(dāng)成消遣的話題，認(rèn)為它們不像減少溫室氣體排放那樣緊迫。但是，如果我們現(xiàn)在不開(kāi)始思考，有一天我們可能發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試圖解決一個(gè)氣候問(wèn)題時(shí)，我們可能已經(jīng)制造了另一個(gè)問(wèn)題。