關(guān)于未來的能源的論文

【專家解說】：未來能源十步走 人類將擺脫對石油的依賴 據(jù)7月號《大眾科學(xué)》(注：中文版《科技新時(shí)代》)報(bào)道，石油價(jià)格一路上揚(yáng)，“石油危機(jī)”成為目前最流行的詞匯，很多人甚至產(chǎn)生了石油還夠用多久的疑問？石油總有一天會耗盡，這毫無爭議，但這并不意味著世界末日來臨。以石油消耗大戶美國為例，美國科學(xué)界從石油危機(jī)中看到的不是絕望，而是能源的復(fù)興，他們認(rèn)為，美國到了嚴(yán)肅地考慮從石油轉(zhuǎn)換到清潔、可再生的能源的時(shí)候了，而美國已經(jīng)具備了相關(guān)的技術(shù)，只要再進(jìn)一步開發(fā)，美國將徹底擺脫對進(jìn)口石油的依賴。 一 利用風(fēng)能 地球上的化石能源(石油)終究是有限的，為了人類的持續(xù)性發(fā)展，必須找到其他可替代能源，而風(fēng)能就是一個(gè)很好的選擇。在美國科羅拉多州的博爾德南部的高原上的平曠地帶，矗立著四排實(shí)驗(yàn)性渦輪機(jī)，這些機(jī)器在冰雪覆蓋的洛磯山脈的映襯下更顯得巍為壯觀，150英尺的葉片在微風(fēng)的吹拂下緩慢地旋轉(zhuǎn)著。美國能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室的主工程師薩迪·布特菲爾德說：“如果你要選擇一個(gè)商業(yè)渦輪機(jī)發(fā)電農(nóng)場，你決不會看中這個(gè)地方。但這里卻是一個(gè)完美的風(fēng)能實(shí)驗(yàn)場地。因?yàn)樵谶@里我們可以獲得風(fēng)速為每小時(shí)100英里的風(fēng)能條件。我們通過在這種條件下的實(shí)驗(yàn)?zāi)芎芸斓刂滥姆N設(shè)計(jì)應(yīng)該淘汰?！?991年，一份政府有關(guān)風(fēng)能的概論作出了如下結(jié)論：堪薩斯州、北達(dá)科他州和德克薩斯三州有著豐富的風(fēng)力能源，僅這三個(gè)州的風(fēng)能就可足夠滿足整個(gè)美國的能源需求。今天看來，這項(xiàng)報(bào)告不免有些估計(jì)過低了。在過去的20年中，風(fēng)能的價(jià)格已經(jīng)下降了85%，這在很大程度上歸功于不斷提升的渦輪機(jī)效率。政府還制定很多條令來鼓勵(lì)民眾購買利用風(fēng)力所產(chǎn)生的電能，可以想見在不久的未來使用風(fēng)力電能必成大勢所趨。 二 取消電網(wǎng) 現(xiàn)有的輸電系統(tǒng)是從能源中心通過電線向用戶送電。這樣做有很大一個(gè)缺點(diǎn)，那就是輸電過程中會損失很多電能。所以更好的供電系統(tǒng)是“分布式發(fā)電”?？梢栽谧√幒凸ぷ鞯攸c(diǎn)附近利用風(fēng)能和太陽能發(fā)電，做到自給自足。例如，可以利用地?zé)嵯到y(tǒng)給建筑物供暖和降溫，利用屋頂上的太陽能電池提供電力，多余的電能還可以輸送到當(dāng)?shù)氐墓╇娤到y(tǒng)中，以零售價(jià)賣掉，這樣還能獲取一部分收益。這些措施簡便易行，遠(yuǎn)好于建設(shè)發(fā)電廠和進(jìn)口國外的能源。有人估計(jì)，一個(gè)這樣的小型發(fā)電廠所需要的太陽能發(fā)電設(shè)備的造價(jià)可在四年內(nèi)回收回來。既然有這么多的優(yōu)點(diǎn)，何樂而不為呢？ 三 混合燃料汽車 美國陸軍宣布將開發(fā)一種使用新型混合燃料的“悍馬”(Humvee)戰(zhàn)車，它預(yù)示著混合燃料汽車的時(shí)代已經(jīng)來臨?；旌先剂掀囃ㄟ^內(nèi)燃和電驅(qū)動(dòng)，提高能源利用效率。今天混合型汽車已不再僅僅是陳列室中供人參觀的樣品，它已完全步入了實(shí)用階段。這將大大削減汽油的使用量，汽車排放的尾氣也將隨之大幅減少。被稱為插入式混合型電動(dòng)車可以夜間在自家的車庫中充電，夜間電費(fèi)低廉，這樣就節(jié)省了一項(xiàng)不小的開支。加州大學(xué)伯克利可再生能源實(shí)驗(yàn)室主任丹尼爾·卡門說：“如果在一夜間，美國的汽車全部被這種混合型汽車所取代，石油的消耗量將會下降70-90%，美國進(jìn)口石油的時(shí)代將徹底結(jié)束，在未來多年中，美國的石油將完全可以自給自足?！? 四 制造質(zhì)量更好的乙醇 今年，美國汽車制造商將生產(chǎn)100萬輛靈活燃料車，乙醇加油站的數(shù)量將增加三分之一，達(dá)到大約1000家?，F(xiàn)在美國所生產(chǎn)的絕大多數(shù)乙醇是由玉米粒發(fā)酵而來，這個(gè)過程要消耗相當(dāng)數(shù)量的化石燃料。丹尼爾·卡門將這種由基于玉米的乙醇看做是一種過渡型燃料，他說：“要想使用乙醇替代石油，防止全球進(jìn)一步變暖，我們需要進(jìn)行一次從玉米乙醇到纖維乙醇的大規(guī)模革新運(yùn)動(dòng)，纖維乙醇的原料可以有多種選擇，柳枝稷、木片以及像玉米芯和玉米桿這樣的農(nóng)業(yè)廢料都可以用做生產(chǎn)纖維乙醇的原料。現(xiàn)在用于制造乙醇的酶的造價(jià)很高，不過這個(gè)問題并不難解決?！卑紫伜竽c中的微生物可以將植物纖維素轉(zhuǎn)化成碳水化合物，美國能源部聯(lián)合基因組研究所主任艾迪·盧賓說：“我們正在測定那些微生物DNA序列，將來可以通過生物工程制造出新的機(jī)體來分泌這些酶?！边@樣我們就可以利用蟲子的體液來驅(qū)動(dòng)我們的汽車前進(jìn)，擺脫了對化石能源的過度依賴。 五 利用太陽能 明年初，在洛杉磯東北部的一個(gè)沙漠農(nóng)場中將會出現(xiàn)數(shù)十個(gè)巨大的凹鏡。每個(gè)凹鏡的直徑為37英尺，這些凹鏡通過電子控制可以自動(dòng)跟蹤太陽，將陽光反射到一個(gè)熱量收集器上，熱量收集器利用這些濃縮的陽光將氫加熱到1，300華氏度，通過斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。當(dāng)世界上最大的太陽能農(nóng)場完工后，在摩加伏沙漠4，500英畝的范圍內(nèi)將會布滿大約2萬個(gè)這樣的凹鏡收集太陽能，利用這些能量產(chǎn)生的電能將可以向287，000個(gè)家庭供電。每小時(shí)到達(dá)地球上的這些太陽能可以滿足全世界一整年的電力需求。我們很久以來就已經(jīng)知道如何利用太陽能來為加熱空間和水，但將陽光轉(zhuǎn)化為電能卻存在很大困難。 斯特林太陽能凹鏡可以將30%的太陽能轉(zhuǎn)化為電能，這是世界上將太陽能轉(zhuǎn)化為電能效率最高的一種技術(shù)?？茖W(xué)家希望通過技術(shù)改進(jìn)可以使這個(gè)轉(zhuǎn)化率提高至50%。其他的能量企業(yè)家還有更為遠(yuǎn)大的設(shè)想。美國航空航天局的科學(xué)家一直以來夢想有一天能在太空中利用太陽能發(fā)電，然后通過微波將能量將能量輸送到各個(gè)家庭。隨著科學(xué)的不斷進(jìn)步，終有一天這個(gè)設(shè)想一定可以變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 六 制造氫能源 氫能源的潛力巨大，但將其他物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氫并不件容易的事。自然界中不存在純氫燃料，今天最制造氫最便宜的方式是通過石油或天然氣獲得，但這并不能避免產(chǎn)生二氧化碳。氫燃料電池的效率是內(nèi)燃機(jī)的二倍多。在冰島，豐富的可再生能源使氫經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)生成為可能。在美國，未來的某天可以利用多余的風(fēng)能來生產(chǎn)氫燃料。研究人員還可以利用基因工程來制造出有生物來直接將太陽轉(zhuǎn)化為氫。 七 利用海浪能發(fā)電 美國的海岸線的海洋蘊(yùn)含著巨大的能量，其中大約有八分之一可以開發(fā)利用，同時(shí)還不會污染環(huán)境。這些可利用能源總量相當(dāng)于我們現(xiàn)在所有的水力發(fā)電廠發(fā)電的能量總和。在可利用能源這個(gè)競技場中，歐洲一直走在世界的前列。今年夏天，在葡萄牙，工作人員正在安裝一種海岸波浪能轉(zhuǎn)化器。這種蛇狀的鋼管一半浸于水中，一般露出水面，一直向遠(yuǎn)海方向延伸了3英里。至2008年這種裝置將可以為大約15，000個(gè)家庭供電。波浪能的優(yōu)點(diǎn)是它的能量密度是風(fēng)能的10至40倍。目前潮汐渦輪機(jī)技術(shù)發(fā)展迅猛，這無疑為波浪能的利用鋪平了道路。今年夏天，在紐約東河的水下的六個(gè)渦輪機(jī)在河流潮汐流的驅(qū)動(dòng)下將開始投入發(fā)電。緩慢旋轉(zhuǎn)的推進(jìn)器第一年將會產(chǎn)生525，000千瓦時(shí)的能量。為期18個(gè)月的試驗(yàn)表明，布設(shè)足夠多的渦輪機(jī)將可以為8，000戶家庭供電。雖然它現(xiàn)在的發(fā)電能力有限，但它畢竟代表著未來的能源的一種發(fā)展方向，這是件激動(dòng)人心的事情。這將是世界首個(gè)產(chǎn)能潮汐渦輪機(jī)農(nóng)場，這種樣機(jī)將可以為我們提供穩(wěn)定的無污染能源。維吉尼亞的海洋學(xué)家喬治·哈格曼說：“我們可以稱它為月亮能，風(fēng)時(shí)有時(shí)無，但從現(xiàn)在開始至未來的1000年，月亮和潮汐會始終存在?！? 八 向地下要能源 美國地?zé)崮軈f(xié)會執(zhí)行理事卡爾·格威爾說：“在德克薩斯州西部廢棄的油井中冒上來的熱水中含有5，000兆瓦的地?zé)崮堋，F(xiàn)在因?yàn)闆]有加以利用，這些能量正在被白白浪費(fèi)掉，現(xiàn)在我們對這種能量使用的能力遠(yuǎn)超過了我們對這種技術(shù)的實(shí)際使用?！钡?zé)崮芸梢员挥脕戆l(fā)電或給建筑物供熱。夏威夷、阿拉斯加以及西部各州都分布有豐富的地?zé)崮堋? 可以利用溫度為160華氏度水溫的地?zé)崴畮彀l(fā)電。一些公司正在開發(fā)德克薩斯州、阿肯色州、佐治亞州和西維吉尼亞州的低溫?zé)崛?，一旦開發(fā)成功，將可以使美國地?zé)岚l(fā)電能力在未來4至5年的時(shí)間翻一番。 九 開發(fā)垃圾燃?xì)? 自舊石器時(shí)代，我們就一直在燃燒生物物質(zhì)，當(dāng)時(shí)人們利用燃燒木頭來給山洞供暖，燒烤大型動(dòng)物的肉。今天絕大多數(shù)的生物質(zhì)能量仍來源于木材，但現(xiàn)在我們要做的是怎樣利用這些農(nóng)業(yè)廢料和草本植物來發(fā)電。這些物質(zhì)與化石燃料一樣，燃燒時(shí)會產(chǎn)生二氧化碳。但生物質(zhì)燃燒時(shí)釋放的二氧化碳何以通過其生長時(shí)吸收二氧化碳獲得平衡。在所有的新技術(shù)中，氣化或許是最具潛力的一種。氣化系統(tǒng)在低氧環(huán)境中通過極度高熱將農(nóng)業(yè)廢料或任何一種生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為氫和二氧化碳的混合氣體，這種氣體可以在鍋爐中燃燒，或可以替代渦輪機(jī)中的天然氣，這些氣體可以被用來驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)進(jìn)行二次性發(fā)電，整個(gè)過程中產(chǎn)生的多余熱量還可以用來給建筑物和整個(gè)城鎮(zhèn)供熱。 十 節(jié)能從我做起 回想上世紀(jì)70年代，所謂的節(jié)能就是關(guān)燈?！都彝ツ茉达嬍场芬粫淖髡弑Ａ_·舒基爾表示，今天，隨著科技的發(fā)展，我們節(jié)約能源可以充分利用技術(shù)優(yōu)勢?，F(xiàn)在，美國平均每1美元的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出所消耗的能源比30年前減少了47%。令人遺憾的是，由于輸送電力的效率有待提高，所以，大量能源在抵達(dá)每一個(gè)家庭和辦公室之前就被浪費(fèi)了。對此，消費(fèi)者無能為力，但他們可以從我做起，在自己的家中或辦公室里有意識地節(jié)約能源。最清潔最廉價(jià)的能源就是不用能源。