太陽能、風能、生物質(zhì)能、地熱能……可再生能源轉(zhuǎn)型哪種方式更可行？

:可再生能源轉(zhuǎn)型經(jīng)常被形容為一個政治和經(jīng)濟的雙重挑戰(zhàn)，是一場需要調(diào)動大量投資、撼動化石燃料經(jīng)濟中既得利益群體的艱苦斗爭。但另外一個挑戰(zhàn)受到的關(guān)注則要少得多：我們是否有足夠的土地和水來支撐可再生能源的生產(chǎn)。

生物質(zhì)能、水能、風能、太陽能和地熱能都需要占用大量的土地資源和水資源，而這些都是有限的。對不同的可再生能源獲取方式及其所需要占用的土地和水量進行更深入的觀察，可以發(fā)現(xiàn)哪些能源方式在長遠上更加可行。

從化石能源到可再生能源的水足跡變化

​左（自上而下）：煤炭與褐煤天然氣石油右（自上而下）：水電、木柴、風力、太陽能、地熱能

生物質(zhì)燃料的高昂代價

高度依賴化石能源，讓“能源短缺”成為威脅我們經(jīng)濟發(fā)展和國家安全的一個心頭大患?？稍偕茉此坪蹩梢越鉀Q這個問題，因為單是太陽輻射就已經(jīng)遠超我們的需要。

實際上，太陽輻射加上從風、水流、生物質(zhì)和地球內(nèi)部熱力獲取的能量似乎就可以為我們提供永不枯竭的能源。但不幸的是，這只是一種誤解，生物質(zhì)能的例子可以說明原因所在。

將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物燃料需要各種自然資源，包括肥沃的土地、水和能量。但是，目前能源密集型的農(nóng)業(yè)實踐導(dǎo)致所投入的能源不比所生產(chǎn)的生物燃料少多少。即便能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的能源凈收益，我們?nèi)匀恍枰度氪罅康耐恋睾退Y源。據(jù)我們估算，如果第一代生物乙醇代替全球交通運輸行業(yè)所用的化石燃料的10%，全球用水需求就會增加6-7%。

盡管我們所消耗的大部分水都被用來生產(chǎn)食品，但如果用生物燃料大規(guī)模替代化石燃料的話，未來能源生產(chǎn)會用掉更多的水。下一代以非食品作物、廢棄物或水藻為原料的生物燃料雖然會有一定改進，但依然會得出相似的結(jié)論：生產(chǎn)生物燃料比我們消費等量的化石燃料需要更多的土地和水，而這已經(jīng)超出了可持續(xù)供應(yīng)量。而我們的土地和水足跡現(xiàn)在就已經(jīng)超過地球可負荷的水平。

這樣一來，能源短缺將變成土地和水資源短缺。

水電站的生態(tài)足跡

水力發(fā)電占世界供電總量的16%左右，通常被視為一種清潔的能源形式。但這并不意味著我們可以一味地增加水電，因為大壩會給河岸生態(tài)系統(tǒng)和社會帶來嚴重影響。

建新大壩常常很困難，因為修建水庫會導(dǎo)致另有用途的土地被淹沒。中國修三峽大壩時，動遷了100多萬人。水力發(fā)電也是一個耗水大戶，因為水庫會造成更大的蒸發(fā)，影響下游其他用途的可用水量。

其他形式的水力發(fā)電不需要修建大型水壩，它們依靠河水流動、海潮或河口的淡-海水鹽度變化來發(fā)電。但這些只能是小規(guī)模的（至少從全球角度來看），而且由于此類能源的集中度較低，要將其集中起來成本高昂。

太陽能、風能和地熱能

光伏和風力發(fā)電單位能量的水足跡是化石燃料和核電的百分之一到十分之一，地熱發(fā)電也只有化石燃料的十分之一；然而集中式太陽能發(fā)電的水足跡與化石燃料相近，水力發(fā)電和生物質(zhì)能則達到100到1000倍。

從水資源短缺的角度來說，我們究竟應(yīng)該從化石燃料向生物能和水能，還是向太陽能、風能和地熱能轉(zhuǎn)化，真的非常重要。所謂的“綠色能源”發(fā)展方案卻包含著生物能和水電的大幅增長，按照這種方案發(fā)展的話，能源產(chǎn)業(yè)的水足跡將“突破天際”。

為了實現(xiàn)真正的綠色轉(zhuǎn)型，能源發(fā)展方案必須實現(xiàn)水足跡的不斷減小，因此其主要發(fā)展方向應(yīng)該是太陽能、風能和地熱能。

從燃料到電力

當然，土地足跡同樣重要。太陽能比生物質(zhì)能更加高效，因為光伏板和集中式太陽能發(fā)電系統(tǒng)能比光合作用更有效地獲取入射太陽輻射，因此每平方米產(chǎn)生的能量就更多。盡管光合作用的主要優(yōu)勢是生產(chǎn)出的是可儲存能源，并且可以將其轉(zhuǎn)化為高能量密度的生物燃料，而光伏生產(chǎn)出的是不可儲存的電力。集中式太陽能發(fā)電系統(tǒng)也能利用熱儲能來儲存能量，但其最終產(chǎn)品仍然是電力，而非燃料。

除了利用有機物質(zhì)廢料，其他形式的生物能并不是替代化石燃料的可持續(xù)方式。所以，我們不得不接受未來能源經(jīng)濟將日益依賴電力的事實。這意味著電力輸送的重要性，也凸顯了電采暖的光明未來，至少在那些工業(yè)或地熱能多余熱量無法解決采暖需求的地方。

這樣的變化帶來了新的挑戰(zhàn)：如何儲存能源，以及如何設(shè)計出能夠應(yīng)對電力供求巨大波動的電網(wǎng)。

太陽能、風能和地熱能讓我們有可能提升能源自給度，但相比我們在全球化的化石燃料經(jīng)濟的巨大規(guī)模，這些能源形式的規(guī)模小而分散。隨著我們?nèi)找鏀[脫化石燃料，衷心希望我們有足夠的智慧將投資注入那些真正可持續(xù)的解決方案，而不是將生物燃料如此高高置于政府政策的核心地位。經(jīng)濟的去碳化和降低水足跡可以是并行不悖的。（譯/奇芳）

原標題:水電和生物質(zhì)燃料真的“清潔”嗎？