地球資源還能維持多久

【專家解說】：大可放心，資源損耗是嚴重，但會有新能源的 統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，目前世界上75％的能源來自于礦物燃料的燃燒，而這些燃燒是人類最大的健康污染源，也是地球溫室效應的罪魁禍首?；鹆Πl(fā)電、交通運輸和各種加熱過程都需要燃燒大量的煤炭、石油、柴油、汽油和木制品，在燃燒過程中，這些礦物燃料會排放大量的有害氣體顆粒，導致人類呼吸系統(tǒng)障礙和癌癥。從全球角度來看，目前全球面臨的最嚴重的環(huán)境問題之一，就是溫室氣體在大氣當中的含量持續(xù)增加，這是導致全球氣候變化的最重要的原因。聯(lián)合國希望世界各國花大力氣進行可再生能源，包括太陽能、風能、地熱能源、生物能源和水利資源的開發(fā)和應用，同時加大對現(xiàn)有礦物能源進行技術更新和改造，以減少有害氣體的排放。 科學家研究發(fā)現(xiàn)，在地表面幾千米處存在著溫度逾千度的灼熱巖石層，可以設想，火山爆發(fā)噴發(fā)出的火紅巖漿就源于此?？茖W家稱這種熱能為巖石地熱資源。如果能把灼熱巖石中的熱能取出變成電能，石頭也能發(fā)電。在此之前，科學家曾發(fā)明了利用水文地熱資源進行發(fā)電的方法，即把地下蒸汽或溫泉的能量轉(zhuǎn)化為電能，這種電能已占總發(fā)電量的0．3％。如何把地下巖石中的熱能取出來發(fā)電，是許多能源專家長期以來的夢想。 英荷“羅雅·達奇舍”石油公司正計劃把這一夢想變成現(xiàn)實。不久前，該公司在薩爾瓦多組建了一個地熱財團，準備利用先進的工藝技術解決巖石地熱資源利用問題。根據(jù)這家財團的巖石地熱開發(fā)方案，工程技術人員將利用先進的勘探技術在薩爾瓦多尋找地下灼熱的巖石，然后通過鉆探技術建立水壓注入系統(tǒng)。利用這個系統(tǒng)，地面冷水能夠深入地下，并通過灼熱巖石轉(zhuǎn)化為熱水或過熱蒸汽返回地面，從而獲取熱能。在地面上再將熱能轉(zhuǎn)化為電能。按“羅雅·達奇舍”石油公司專家核算，他們能夠建造功率為2000－5000千瓦的巖石地熱發(fā)電站。 “羅雅·達奇舍”石油公司技術部經(jīng)理達爾利說：“薩爾瓦多方案”是他們公司地熱利用宏偉計劃的一部分，公司計劃在未來五年內(nèi)投資5－10億美元擴大巖石地熱開采規(guī)模，讓地下灼熱的巖石在不遠的將來成為人類主要能源之一。 太陽能 科學家預測，在10至15年內(nèi)，地球上陽光充足地區(qū)將會出現(xiàn)大量太陽能熱電廠，向世界各國提供潔凈電能。 20世紀初，研究人員就開始在屋頂采用槽式聚光鏡獲取能源：先將黑色管子里的油加熱到400攝氏度，當油流過熱交換器時，將水蒸發(fā)成蒸汽，然后用蒸汽來推動渦輪發(fā)電機。隨著時間的流逝，在研究人員不斷努力下，太陽能發(fā)電技術獲得巨大改進。目前，槽式太陽能發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達到15％，也就是說1／6的入射光能可以轉(zhuǎn)換成電能，而太陽能電池板的轉(zhuǎn)換效率只能達到10％。80年代末，美國研究人員在加利福尼亞建成一座功率為354兆瓦的太陽能熱電站，它相當于一座中型熱電站。但是，槽式熱電站的劣勢是占地面積大，它需要一條長 150米 ，寬 6米 的槽，其發(fā)電成本是煤炭、石油或天然氣的3倍。 槽式發(fā)電并非是太陽能發(fā)電的唯一途徑，有工程技術人員采用了別的方案，如塔式發(fā)電。他們采用上百個單反射鏡（定日鏡）從東向西跟蹤太陽，反射鏡將太陽光束照射到塔頂?shù)臒峤粨Q器上，交換器把吸收到的熱導入鹽溶液，加熱后的鹽溶液被泵到塔底，產(chǎn)生推動渦輪機的蒸汽。利用鹽溶液的方法雖說不錯，但溶液對管道和容器會產(chǎn)生腐蝕作用，為此，科學家準備用空氣替代鹽溶液，用空氣來傳導熱能。為解決空氣導熱性能差的缺陷，研究人員研制出一種“容積接收器”，其原理類似吸水海綿，可將空氣加熱至1200攝氏度。當熱空氣通過該接收系統(tǒng)時，系統(tǒng)吸掉空氣中的大部分熱量，并將加熱后的空氣直接鼓入渦輪機，推動渦輪機發(fā)電。該方案將來是否會取代槽式發(fā)電方案，目前還沒有定論。從理論上說，塔式熱電站的太陽能利用率可以達到25％。重要的是塔式熱電站還存在一定的技術問題，而槽式發(fā)電在技術上已經(jīng)成熟。 去年9月，西班牙政府通過一項新的法令，將原來每度電價從3歐分提高到15歐分。為此，西班牙計劃于2004年建造一座歐洲最大的太陽能槽式熱電站。為提高太陽能的利用率，研究人員將吸附管內(nèi)的油換成水，這樣既可以節(jié)省昂貴的油，還可以將水直接蒸發(fā)。但在用水代替油的技術試驗成功之前，吸附管內(nèi)仍以油作為熱載體。從目前進展情況看，該技術有可能在5年內(nèi)實現(xiàn)，屆時太陽能的利用率有望提高到20％以上。除成本低于太陽能電池板外，太陽能熱電站在太陽下山后仍能靠白天存儲的熱能來發(fā)電。存儲熱量需要儲油罐或裝載鹽溶液的容器，這就要求有大的場地。將來肯定會有比上述熱載體更好的介質(zhì)，發(fā)現(xiàn)它們只是時間問題?？傊?，研究人員研究目標明確，近幾十年內(nèi)大型太陽能熱電站將為人們提供若干個百分點的電能。 太陽能發(fā)電前景喜人，從目前看，太陽能發(fā)出的電每度為15歐分，盡管它的價格只是太陽能電池板發(fā)電的1／4,但它還是比用化石燃料發(fā)出的電要高，沒有可靠的財政資助難以維持。專家們倒是持樂觀態(tài)度，他們認為，10至15年后，太陽能熱電站發(fā)出的電可以降至5至7歐分，可形成與傳統(tǒng)發(fā)電展開競爭的態(tài)勢。 來自二氧化碳的能源 前不久，日本德島工業(yè)技術中心的納卡米?！嗰R薩基在美國新澤西州的一次化學工業(yè)會議上宣布，他找到了一種用二氧化碳在比較低的溫度和壓力下，生產(chǎn)出較重的碳氫化合物（例如有三個碳原子鏈的丙烷和有四個碳原子鏈的丁烷）的方法。由于汽油就是一類長鏈碳氫化合物，他的報告引起了很大轟動。 雖然亞馬薩基的研究還需要進行嚴格鑒定，但如果他能用二氧化碳生產(chǎn)更重的有5～12個碳原子長鏈的碳氫化合物，就有可能用二氧化碳生產(chǎn)出汽油。以前，許多科學家試圖用碳和氫混合生產(chǎn)碳氫化合物，但結果都不理想。因為這種實驗要在很高的溫度下進行，而且產(chǎn)量少得可憐。 現(xiàn)在，亞馬薩基把溫室氣體二氧化碳作為碳原子源，把鹽酸作為氫原子源來生產(chǎn)碳氫化合物。他將發(fā)電廠排出的二氧化碳氣體引入反應罐，并在反應罐中進行加壓和加熱，溫度約為 300攝氏度 ，壓力達100個大氣壓。對生產(chǎn)碳氫化合物來說，這樣的溫度和壓力是非常低的，然后將二氧化碳和鹽酸混合，此時的加熱加壓條件還不能得到碳氫化合物，于是亞馬薩基利用鐵粉作催化劑。目前，他用這種技術已生產(chǎn)出相當多的甲烷、乙烷、丙烷和丁烷，這些碳氫化合物在冷卻時以氣態(tài)形式排出，如果能改進催化劑的性能，就有希望生產(chǎn)出像汽油這類碳鏈更長的碳氫化合物，成為非常有用的燃料。 但如果這種技術不能生產(chǎn)更有價值的長鏈碳氫化合物，例如在室溫下呈液態(tài)的石油，它就不可能和現(xiàn)在的生物反應器相競爭，因為喜歡吃二氧化碳的細菌等微生物有一種特殊的才能，可使二氧化碳和氫產(chǎn)生碳氫化合物，能在生物反應器中產(chǎn)生甲烷。 宇宙能源 一位量子物理學家曾這樣描述“零點能”：“在自然界，完全真空就是沒有任何東西，但真空中實際上是充滿著忽隱忽現(xiàn)的粒子，它們的狀態(tài)變化十分迅速，以至于無法看到。即使是在絕對零度的情況下，真空也在向四面八方散發(fā)能量?！鳖櫭剂x，“零點能”就是物質(zhì)在絕對溫度為零度下在真空中產(chǎn)生的能量。 為什么在真空中會存在“零點能”呢？著名物理學家海森伯提出了“測不準原理”，他認為“不可能同時知道同一粒子的位置和動量”?？茖W家們說，即使在粒子不再有任何熱運動的時候，它們?nèi)詴^續(xù)抖動，能量的情形也是如此。這就意味著即使是在真空中，能量還會繼續(xù)存在，由于能量和質(zhì)量是等效的，真空能量就會導致粒子一會兒存在、一會兒消失，能量也就被科學家稱為“起伏”的狀態(tài)中誕生。 從理論上講，任何體積的真空都可能包含著無數(shù)的“起伏”，因而也就含有無數(shù)的能量。 早在1948年，荷蘭物理學家亨德里克·卡西米爾就曾設計出探測“零點能”的方法。 1998年，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室和奧斯汀高能物理研究所的科學家們，用原子顯微鏡測出了“零點能”?？茖W家們宣稱，宇宙空間是廣袤無垠而又高度真空的，真空“起伏”蘊含著巨大能量。 也許，在21世紀，科學家將會給人類帶來驚喜，宇宙空間將成為人類新的“能源基地”?？梢哉f，宇宙將成為人類的“新油田”，會有無數(shù)的“鉆井平臺”漂浮在宇宙中，“鉆取”真空中取之不盡的“零點能”，為人類未來生存和可持續(xù)發(fā)展提供新動力。