尋找新能源

陳釗

比爾·蓋茨曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，他一生中有三大夢(mèng)想：第一個(gè)夢(mèng)想是希望每個(gè)人都能擁有一臺(tái)電腦——這個(gè)夢(mèng)想他已經(jīng)實(shí)現(xiàn)；第二個(gè)夢(mèng)想是希望每個(gè)人都能擁有平等的醫(yī)療機(jī)會(huì)，包括世界上最貧窮的地區(qū)——他成立的比爾和梅琳達(dá)·蓋茨基金會(huì)每年投入大量資金用于消滅艾滋病、結(jié)核病和瘧疾，這個(gè)夢(mèng)想他正在努力實(shí)現(xiàn)中；第三個(gè)夢(mèng)想是希望能讓最貧窮地區(qū)的人用上廉價(jià)的清潔能源——他成立的泰拉能源公司（Terrapower）正在緊鑼密鼓地開展科技研發(fā)，這個(gè)夢(mèng)想他才剛剛開始。

能源與氣候問(wèn)題

能源對(duì)于改善人類的生活具有重要意義?，F(xiàn)代文明是建立在先進(jìn)能源技術(shù)基礎(chǔ)上的，推動(dòng)人類的歷史進(jìn)程向前需要能源技術(shù)不斷取得突破。20世紀(jì)初，在能源價(jià)格快速下降后（圖1），人類才用上冰箱和空調(diào)，才能擁有各種現(xiàn)代化的事物，才能夠真正享受現(xiàn)代文明給我們帶來(lái)的美妙生活。因而，人類如果希望擁有更加美好的生活，就必須在能源技術(shù)上取得突破，進(jìn)一步降低能源價(jià)格。

然而，人類在努力降低能源價(jià)格時(shí)，面臨著一個(gè)新的挑戰(zhàn)——?dú)夂騿?wèn)題。人們目前大量使用的能源，如煤炭、石油、天然氣等，都屬于化石能源。它們?cè)谑褂眠^(guò)程中會(huì)釋放出大量二氧化碳（圖2），導(dǎo)致氣溫上升及劇烈的全球氣候變化，破壞現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境。生態(tài)環(huán)境的破壞意味著莊稼將無(wú)法正常生長(zhǎng)，洪澇和干旱等災(zāi)害頻繁發(fā)生。這些變化將會(huì)摧毀原本已經(jīng)非常脆弱的自然環(huán)境，帶來(lái)饑荒、動(dòng)蕩，以及更多的貧困。因此，我們必須給能源的利用增加一個(gè)新的限制，這個(gè)限制就是二氧化碳排放量。

減少二氧化碳排放

能源消耗與二氧化碳排放之間的關(guān)系，可以通過(guò)一個(gè)公式說(shuō)明（圖3）。這個(gè)計(jì)算二氧化碳排放量的公式有4個(gè)要素，分別是人口總數(shù)（P），人類使用的服務(wù)量（S），每項(xiàng)服務(wù)所消耗的能源量（E）和每單位能源所排放的二氧化碳量（C）。接下來(lái)，我們將逐個(gè)要素進(jìn)行分析。

首先是人口總數(shù)（P）。目前全世界有68億人，并且人口總數(shù)還在不斷增加，最終會(huì)增長(zhǎng)到90億左右。隨著科技發(fā)展，如果我們?cè)谛乱呙玳_發(fā)、醫(yī)療服務(wù)、生殖健康方面的工作卓有成效，也將促進(jìn)這個(gè)因子的增長(zhǎng)。所以，我們無(wú)法通過(guò)降低這個(gè)因素來(lái)減少二氧化碳的排放。

第二個(gè)因子是我們使用的服務(wù)量（S），它包括我們吃的食物、穿的衣服、電視、空調(diào)、暖氣等。這個(gè)因子越大，說(shuō)明我們擁有更多、更好的服務(wù)，我們的生活品質(zhì)更好。所以，我們也不可能通過(guò)減低這一因子來(lái)減少二氧化碳的排放。

第三個(gè)因子是每項(xiàng)服務(wù)所消耗的能源量（E），也就是能源效率。這個(gè)因子不會(huì)持續(xù)上升，我們可以通過(guò)發(fā)明新技術(shù)，采用新材料等方法，來(lái)減低每項(xiàng)服務(wù)所消耗的能源量。但是，能源效率的提高是有限的，通過(guò)提高能源效率來(lái)減少二氧化碳的排放也是非常有限的。所以，我們并不能在這個(gè)因子上寄予太多的期望。

第四個(gè)因子，也是最關(guān)鍵的一個(gè)，是每單位能源所排放的二氧化碳量（C）。在這個(gè)因子上，人類可以大有作為。我們可以通過(guò)采用清潔能源，降低二氧化碳的排放，甚至可以將排放量降為零。這意味著，我們要改變現(xiàn)在以化石能源為基礎(chǔ)的能源系統(tǒng)，在全球范圍內(nèi)建立一個(gè)以清潔能源為基礎(chǔ)的新的能源系統(tǒng)，這是一個(gè)非常嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。我們只有這樣去做，才能進(jìn)一步提高生活質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)人類的可持續(xù)發(fā)展。

換句話說(shuō)，我們需要能源奇跡來(lái)實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想。

五大能源奇跡

在眾多的清潔能源技術(shù)中，科學(xué)家們目前較為看好的有5個(gè)方向，它們分別是碳捕集、核能、風(fēng)能、光伏太陽(yáng)能和太陽(yáng)能熱利用。這5種清潔能源技術(shù)都可以實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放的目標(biāo)。只是目前都還不夠成熟，存在諸多需要解決的難題，需要投入大量資金、人力，在技術(shù)上不斷取得突破。

碳捕集是指將化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳通過(guò)煙囪收集、加壓、液化和儲(chǔ)存。目前的試驗(yàn)已經(jīng)能夠做到捕集60%～80%二氧化碳排放量的水平；但這一數(shù)值還不理想，需要進(jìn)一步提高。此外，在一個(gè)地方長(zhǎng)期大量?jī)?chǔ)存二氧化碳也會(huì)引起爭(zhēng)議，并且存在一些安全隱患。如何提高碳捕集效率、解決二氧化碳廢料的存儲(chǔ)問(wèn)題，都是目前需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

核能是一種能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模利用的清潔能源，但它的發(fā)展同樣面臨很多困難：首先是安全問(wèn)題?？茖W(xué)家必須發(fā)展出相關(guān)技術(shù)，讓核電站運(yùn)行得更加安全，真正杜絕核事故的發(fā)生；同時(shí)，還要確保核燃料不會(huì)被用于制造核武器，防止核擴(kuò)散。其次是核廢料處理問(wèn)題。核廢料的數(shù)量雖然不大，但處理起來(lái)卻存在諸多難題。

5種能源的后3種（包括風(fēng)能、光伏太陽(yáng)能和太陽(yáng)能熱利用），人們通常稱它們?yōu)榭稍偕茉础Ｋ鼈兌疾恍枰剂?，取之于大自然，是非常清潔和可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)，但這3種能源的發(fā)展也面臨同樣的問(wèn)題：首先，這些技術(shù)所收集到的能源密度非常低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電廠。其次，這些能源是間歇性的，太陽(yáng)光不是一整天都有，風(fēng)也不是一直在吹。如果完全依賴這些能源，我們還得有其他渠道來(lái)獲取能源，以度過(guò)間歇期。最后，這些能源都面臨巨大的成本問(wèn)題和傳輸方面的挑戰(zhàn)。因?yàn)檫m合建立風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)和太陽(yáng)能電站的地方一般都是人口稀疏的地方，這些地方發(fā)出來(lái)的電需要輸送到人口密集的城市，而電力傳輸?shù)木嚯x通常是非常遙遠(yuǎn)的。

比爾·蓋茨的努力

以上5種能源中的每一種，都需要投入大量的材料和研究人員，才有可能取得進(jìn)展。值得欣慰的是，現(xiàn)在已經(jīng)有很多團(tuán)隊(duì)投身其中，開展了實(shí)質(zhì)性的行動(dòng)，比爾·蓋茨的團(tuán)隊(duì)就是其中之一。

比爾·蓋茨的泰拉能源公司正在開發(fā)一種新的核反應(yīng)堆。這種新的核反應(yīng)堆被稱為行波堆，這種反應(yīng)堆不燃燒常規(guī)的核燃料鈾235，而是燃燒核廢料中的鈾238。鈾235非常稀少，其存量還不到天然鈾的1%，而鈾238的儲(chǔ)量非常豐富，占天然鈾的99%，且開采非常容易。由于這種方法使用的燃料是原本被丟棄的核廢料，所以技術(shù)成本可以極大地降低。而且，他們把核廢料變成燃料，再也不用擔(dān)心核廢料的處理問(wèn)題。據(jù)估算，只需要采用儲(chǔ)存在美國(guó)肯塔基州核廢料場(chǎng)的現(xiàn)有核廢料，就可以為全美國(guó)供應(yīng)數(shù)百年的能源。另外，僅僅通過(guò)簡(jiǎn)單的開采程序，就可以得到足以供應(yīng)地球上的人們下半輩子使用的燃料了。

尋找能源奇跡，面臨諸多挑戰(zhàn)，不過(guò)人類沒(méi)有放棄，人們正在不斷地努力中。

【責(zé)任編輯】趙 菲endprint