面對(duì)能源危機(jī) 美科學(xué)家提出十大應(yīng)對(duì)方案

老莊走狗 2006-10-19

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    全世界每天消耗8400萬(wàn)桶石油，美國(guó)占其中的1/4。與此同時(shí)，大氣中不斷上升的二氧化碳含量導(dǎo)致永凍土融化，冰架坍塌。氣候?qū)W家警告說，如果排放量保持目前水平，下一代人將面臨史無前例的環(huán)境災(zāi)難。對(duì)于這個(gè)問題，沒有什么解決方案能夠一招見效。在幾十位科學(xué)家和能源專家的幫助下，美國(guó)科學(xué)家收集了一套新技術(shù)。利用這些技術(shù)，到2025年，美國(guó)可以把石油消耗量減少一半，同時(shí)大大降低對(duì)煤炭和天然氣等礦物燃料的依賴。加上現(xiàn)有的核電和水力發(fā)電，可更新能源將使美國(guó)基本上無需產(chǎn)生溫室氣體的燃料就可滿足家用和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。美國(guó)《大眾科學(xué)》月刊最近刊登文章介紹了這套新技術(shù)，文章題為《十大方案解決美國(guó)對(duì)礦物燃料的依賴》，摘要如下：

    當(dāng)然，這條道路不會(huì)一帆風(fēng)順。20年后，你也許能從飛機(jī)上看到天空中的風(fēng)力發(fā)電站——也可能看不到。但是，有一件事可以肯定，研究人員和公司都在競(jìng)相尋找能利用可更新能源的最好技術(shù)。

    這個(gè)能源新時(shí)代的主要障礙不再是技術(shù)，而是政治和行政障礙。如果能夠克服這些障礙，回報(bào)將非?？捎^：降低貿(mào)易赤字，加強(qiáng)國(guó)家安全，創(chuàng)造數(shù)百萬(wàn)不可出口的工作。我們還可以緩和一連串難以解決的環(huán)境問題，大大提高美國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)力和自給自足能力。下面就是我們的方案。

     一、利用風(fēng)能

    幾十年來，渦輪機(jī)槳葉越來越輕，越來越有力，這使風(fēng)力裝置越來越大，越來越有效。最大的葉片比自由女神像還高。最近，渦輪機(jī)的發(fā)展已經(jīng)配合機(jī)器的設(shè)計(jì)，可以滿足特定的風(fēng)力條件。比如，為美國(guó)大平原設(shè)計(jì)的渦輪機(jī)就不同于容易刮颶風(fēng)的墨西哥灣沿岸地區(qū)。

    這種技術(shù)的主要障礙在于：風(fēng)是變化莫測(cè)的。但是，這個(gè)問題在很大程度上已經(jīng)通過更為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)得以解決。過去，不少人懷疑工業(yè)規(guī)模的風(fēng)能發(fā)展能否得到接受；現(xiàn)在，越來越多的地區(qū)都對(duì)此表示歡迎。在中西部地區(qū)，農(nóng)場(chǎng)主搶著把地租給電力公司：后者為每臺(tái)渦輪機(jī)支付2000至4000美元。

    毫無疑問，某些風(fēng)能技術(shù)開發(fā)商開始向天空發(fā)展。天空風(fēng)能公司就在研制一種飛行發(fā)電機(jī)。這種裝置在1.5萬(wàn)英尺(約4600米)的空中自轉(zhuǎn)，通過電纜與地面連接。這種設(shè)計(jì)還必須要克服固定和維護(hù)引發(fā)的難題。但是，沒有人懷疑，高空中的風(fēng)最強(qiáng)、最穩(wěn)定、也最富含能量。

    二、分布式發(fā)電

    現(xiàn)有的電網(wǎng)是從某個(gè)中心向所有用戶單向輸電?！胺植际桨l(fā)電”更為可靠。按照這種辦法，風(fēng)能和太陽(yáng)能一類的發(fā)電裝置設(shè)在家庭或工作場(chǎng)所內(nèi)部或附近，與復(fù)雜的數(shù)字分配系統(tǒng)和控制系統(tǒng)連通，按照高峰和非高峰期的需求輸電，以實(shí)現(xiàn)最高能效。

    三、加速發(fā)展混合動(dòng)力車

    當(dāng)美國(guó)陸軍最近宣布要開發(fā)一種新型混合動(dòng)力“悍馬”以節(jié)省燃料，你可以肯定，混合動(dòng)力技術(shù)的時(shí)代到來了。

    混合動(dòng)力車集內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)于一體：這種混合裝置可以重新捕獲剎車時(shí)的能量，把閑置能量?jī)?chǔ)存起來，同時(shí)減少發(fā)動(dòng)機(jī)自重以提高里程。但是，這一代混合動(dòng)力車剛剛離開展廳，下一代混合動(dòng)力車的舞臺(tái)就已經(jīng)搭好。新一代產(chǎn)品稱作并聯(lián)式混合動(dòng)力車(PHEV)，晚上在自家車庫(kù)就可充電，大大減少了汽油用量。

    伯克利加利福尼亞大學(xué)可更新和適當(dāng)能源實(shí)驗(yàn)室主任丹尼爾·卡門說：“如果目前在美國(guó)的車輛都由PHEV代替，石油消耗量將減少70%到90%，這將使美國(guó)在未來的多年里自給自足，無需進(jìn)口石油。”即使這些電動(dòng)車的能量來自燃燒煤炭的火力發(fā)電站，二氧化碳排放量也可降低一半以上。如果這些能量來自于可更新能源，油箱里的燃料又是生物柴油或者乙醇，其效果還會(huì)大大提高。

    顯然，這種情況不可能在一夜之間發(fā)生。目前，只有戴姆勒—克萊斯勒公司制造出并聯(lián)式電動(dòng)車的樣機(jī)，其他汽車制造商在發(fā)展這個(gè)市場(chǎng)方面動(dòng)作緩慢。

    無論用傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)還是混合發(fā)動(dòng)機(jī)，減輕車輛自重在節(jié)省燃料方面的潛力經(jīng)常遭到忽視。專家說，用高強(qiáng)度的輕型復(fù)合材料代替鋼材，可以把混合動(dòng)力車的燃效提高一倍左右。這大概是最有效、最可行的辦法。

    此外，最近的一項(xiàng)研究顯示，如果美國(guó)路面上的每輛轎車和卡車都裝上通風(fēng)座椅，空調(diào)消耗的燃料可以減少7.5%，讓美國(guó)人每年少用5.22億加侖(約合20億升)石油。

    四、“釀造”更好的乙醇

    把錢投給中東酋長(zhǎng)還不如投給美國(guó)農(nóng)場(chǎng)主，這只是乙醇重新得到青睞的一個(gè)原因。今年，美國(guó)汽車制造商將向市場(chǎng)投放100萬(wàn)輛可變?nèi)剂宪?，提供乙醇的加油站也將增?/3，達(dá)到1000個(gè)左右。

    麻煩在于，目前美國(guó)生產(chǎn)的乙醇多數(shù)來自玉米，其生產(chǎn)過程需要消耗大量礦物燃料。

    伯克利的丹尼爾·卡門認(rèn)為，以玉米為原料的乙醇是一種“過渡”燃料。他說：“要想讓乙醇對(duì)減少汽油消耗和緩解全球變暖等問題發(fā)揮作用，我們需要在大范圍內(nèi)從玉米乙醇轉(zhuǎn)向纖維素乙醇。”纖維素乙醇由柳枝稷、木屑和玉米穗子一類的農(nóng)業(yè)廢料制成。

    今天，用于制造這種燃料的酶價(jià)格昂貴。但是，“解決辦法”卻可能很小很小。能源部聯(lián)合基因組研究所所長(zhǎng)埃迪·魯賓說：“白蟻尾腸中的微生物能把植物纖維素轉(zhuǎn)化為碳水化合物。我們正在對(duì)這些微生物的DNA進(jìn)行排序，以便最終考慮通過生物工程培育出新的有機(jī)體以分泌這些酶?！睋Q句話，從本質(zhì)上說，有朝一日，我們的汽車將由蟲子的體液來提供動(dòng)能。

    五、打開太陽(yáng)燈

    明年年初，洛杉磯東北部的沙漠將豎起幾十個(gè)巨大的斯特林(公司名——本刊注)凹面鏡。這些直徑達(dá)37英尺(約11米)的鏡面將把陽(yáng)光反射到一個(gè)熱量收集裝置，陽(yáng)光再把氫過渡加熱到1300華氏度(約700℃)，推動(dòng)發(fā)電機(jī)。全世界最大的太陽(yáng)能發(fā)電廠建成以后，莫哈韋沙漠將出現(xiàn)大約兩萬(wàn)架太陽(yáng)能集熱器，為27.8萬(wàn)戶居民供電。

    斯特林太陽(yáng)能集熱器可以把30%的太陽(yáng)能化為電，是今天效率最高的太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)。人們大多把太陽(yáng)能等同于光電池。這些電池只能轉(zhuǎn)化15%的太陽(yáng)能，但好處是可以在用電的同時(shí)發(fā)電，減輕輸電網(wǎng)絡(luò)的壓力，并且可以把任何一個(gè)曬到陽(yáng)光的表面變成能源收集裝置。在不太遙遠(yuǎn)的未來，我們也許能用身上的襯衫或外套給手機(jī)等裝置充電。最終，我們的混合動(dòng)力車或許將得以利用自身的表面收集太陽(yáng)能，以提供動(dòng)力。有朝一日，我們也許還能坐上太陽(yáng)能飛機(jī)。這一切將主要通過提高單位面積捕捉的太陽(yáng)能以及降低關(guān)鍵材料的成本來實(shí)現(xiàn)。

    六、轉(zhuǎn)向氫燃料

    得到大肆宣傳的氫經(jīng)濟(jì)潛力巨大，但實(shí)施起來卻絕非易事。大自然沒有直接提供純氫燃料，目前最便宜的辦法是從石油或天然氣中提取，這絲毫無助于減少二氧化碳的排放。

    但是，氫動(dòng)力燃料電池的效率已經(jīng)比內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)高一倍以上。在冰島，可更新能源使氫經(jīng)濟(jì)變得可行。在美國(guó)，有朝一日，額外的風(fēng)能或許將制造出氫。研究人員甚至還可能對(duì)有機(jī)體進(jìn)行基因改性，直接把太陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為氫。這或許將帶給我們一個(gè)光明的“氫未來”。

    七、潮汐發(fā)電

    最近的一項(xiàng)研究表明，美國(guó)近岸海域蘊(yùn)藏著豐富的電力，其中約有1/8可以在幾乎不影響環(huán)境的條件下開發(fā)，相當(dāng)于我們現(xiàn)有全部水電站的產(chǎn)量。

    像在其他大多數(shù)可更新能源領(lǐng)域一樣，歐洲人走在了前面。今年夏天，葡萄牙開始安裝一個(gè)近岸潮汐能轉(zhuǎn)換器。這種蛇形的鋼管鏈將在半潛狀態(tài)下向外延伸3英里(約5公里)。到2008年，這套裝置將為大約1.5萬(wàn)戶家庭供電。

    潮汐蘊(yùn)藏的能量強(qiáng)度是風(fēng)的10至40倍。就技術(shù)而言，水動(dòng)力系統(tǒng)的成熟速度也更快。潮汐渦輪機(jī)技術(shù)從本質(zhì)上說就是在密度更大的介質(zhì)中運(yùn)轉(zhuǎn)的風(fēng)車。這種技術(shù)的發(fā)展速度尤其迅猛。今年夏天，紐約東河8英尺(約2.4米)深處的6臺(tái)渦輪機(jī)將開始發(fā)電。這些緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)的螺旋槳將在第一年發(fā)電52.5萬(wàn)千瓦時(shí)。如果18個(gè)月的試用效果令人滿意，渦輪機(jī)的數(shù)量還將增加，發(fā)電量將達(dá)到2600萬(wàn)千瓦時(shí)，為8000戶居民供電。這對(duì)戈瑟姆地區(qū)的能源消耗量幾乎沒有什么影響。但是，專家說，令人激動(dòng)的不是項(xiàng)目的規(guī)模，而是技術(shù)的發(fā)展。這將是世界上第一個(gè)潮汐發(fā)電廠，一個(gè)可能帶來穩(wěn)定、無污染能源的原型。

    八、向深處挖

    地?zé)崮茉磪f(xié)會(huì)的執(zhí)行理事卡爾·加韋爾說：“西得克薩斯州廢棄油井產(chǎn)生的熱水當(dāng)中儲(chǔ)藏著5000兆瓦地?zé)崮?。但是，這些能源都白白浪費(fèi)了。我們利用地?zé)岬哪芰h(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際使用。”

    地?zé)峒夹g(shù)利用地球內(nèi)部的熱量發(fā)電或給建筑供暖。夏威夷、阿拉斯加和西部各州一直都是公認(rèn)地?zé)豳Y源豐富的地區(qū)。但是，新型發(fā)電廠將得以利用溫度低至160華氏度(約71℃)的地?zé)崴畮?kù)發(fā)電。

    地?zé)岬倪\(yùn)用大概還不局限于此?？茖W(xué)家正在設(shè)法利用“干熱巖石”采熱技術(shù)建起人造地?zé)崴畮?kù)，把水壓入過熱水晶巖。水在流入熱巖開口時(shí)加熱，然后經(jīng)由生產(chǎn)井送回地表，其熱量作為能源得以開采，然后再把這些水壓回去，如此循環(huán)往復(fù)。

    九、利用垃圾制造煤氣

    我們自舊石器時(shí)代以來就在燃燒“生物燃料”。那時(shí)候，我們?nèi)紵静脑诙囱ㄖ腥∨?，烤象腿。今天，多?shù)“生物燃料”仍然取自木材。但是，我們正在逐漸完善利用農(nóng)業(yè)廢棄物甚至垃圾發(fā)電的技術(shù)。像礦物燃料一樣，這些材料燃燒時(shí)也釋放出二氧化碳。但是，排放出來的二氧化碳卻被植物生長(zhǎng)時(shí)吸收的二氧化碳抵消了。

    能源部全國(guó)生物能源中心的理查德·貝恩說，在新一代技術(shù)中，“氣化”大概最有潛力。氣化裝置利用高熱在低氧環(huán)境下把農(nóng)業(yè)廢料轉(zhuǎn)為氫和一氧化碳的混合物，可以在鍋爐中燃燒，或者在渦輪機(jī)中代替天然氣。這種轉(zhuǎn)換可以把能源效率提高10%，釋放出的氣體可用來推動(dòng)蒸汽輪機(jī)，進(jìn)行第二輪發(fā)電。整個(gè)過程中浪費(fèi)的熱量則可用來給建筑物或整個(gè)城市供暖。

    十、利用“負(fù)瓦特”

    上世紀(jì)70年代，節(jié)能意味著關(guān)燈。今天，《家庭節(jié)能方案》一書的作者保羅·舍克爾說：“現(xiàn)在到了利用技術(shù)把同樣一件事做得更好的時(shí)候了。”美國(guó)現(xiàn)在每創(chuàng)造1美元經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出消耗的能源比30年前減少了47%，這在很大程度上要?dú)w功于技術(shù)進(jìn)步。令人遺憾的是，由于供應(yīng)方缺乏效率，生產(chǎn)出來的大量能源都在傳輸途中白白浪費(fèi)。消費(fèi)者對(duì)此無能為力，但在家里節(jié)約能源卻非常簡(jiǎn)單——電費(fèi)下降就是報(bào)償。落基山研究所的艾默里·洛文斯說：“我稱之為‘負(fù)瓦特’。最便宜、最清潔的能源莫過于沒有制造出來的能源。”

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來自：老莊走狗 > 《我的圖書館》

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