世界上的能源能維持多久？

【專家解說】：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(yīng)的罪魁禍首。火力發(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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)用，同時加大對現(xiàn)有礦物能源進行技術(shù)更新和改造，以減少有害氣體的排放。 科學(xué)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(shè)想，火山爆發(fā)噴發(fā)出的火紅巖漿就源于此?？茖W(xué)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(xué)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(shù)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(shù)人員將利用先進的勘探技術(shù)在薩爾瓦多尋找地下灼熱的巖石，然后通過鉆探技術(shù)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(shù)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(xué)家預(yù)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(shù)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(shù)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(dǎo)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(xué)家準備用空氣替代鹽溶液，用空氣來傳導(dǎo)熱能。為解決空氣導(dǎo)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(shù)問題，而槽式發(fā)電在技術(shù)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(shù)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(shù)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。總之，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(shù)中心的納卡米?！嗰R薩基在美國新澤西州的一次化學(xué)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(xué)家試圖用碳和氫混合生產(chǎn)碳氫化合物，但結(jié)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(yīng)罐，并在反應(yīng)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(shù)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(shù)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(yīng)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(yīng)器中產(chǎn)生甲烷。 宇宙能源 一位量子物理學(xué)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(xué)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(xué)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(dǎo)致粒子一會兒存在、一會兒消失，能量也就被科學(xué)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(xué)家亨德里克·卡西米爾就曾設(shè)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(xué)家們，用原子顯微鏡測出了“零點能”?？茖W(xué)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(xué)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。