未來的能源——能源轉型進行時

盡管有人認為很快會過渡到使用可再生能源的時期，不需要任何過渡燃料，但絕大多數人則認為，過渡燃料非常重要。雖然出現了許多種類的過渡資源，如深井天然氣等，但人們最關注的還是煤炭和鈾。

煤炭的獲取不存在什么困難。美國以及其他很多國家（比如印度和中國）的煤炭儲存量都很大。對于這些國家來說，大量的煤炭儲存量可以讓它們不依賴其他國家的進口，從而避免這種依賴帶來的國家安全問題。

科技在整個局勢中起著重要作用。如果我們依靠傳統核反應堆，鈾的獲取會存在困難。如果各國都開始使用新一代增殖核反應堆，燃料的利用范圍就可以更廣，燃料獲取的困難也就不存在了。以美國為例，根據熱平衡原理換算：如使用傳統反應堆，國內的鈾資源相當于石油和天然氣資源的4.2倍，但如果使用增殖核反應堆，鈾相當于石油和天然氣的252倍。

這兩種燃料的特性定義中包含了其對環境的影響。煤的主要缺點是污染大氣。煤中的硫含量很高，硫是二氧化硫的主要來源，而二氧化硫又是形成酸雨的罪魁禍首。同時，煤也是引起全球溫室效應的空氣粉塵和二氧化碳的主要來源。

另一種過渡燃料——鈾，通常用于核電站，同樣有其自身的局限性，主要問題當屬安全問題。其中兩點顯得尤為突出：1.核事故；2.放射性核廢料的處理。

利用核反應堆發電會產生放射性物質。如果這些物質泄漏到大氣中（比如在一次核事故中），并以一定濃度與人體接觸，就會導致人的生理缺陷、癌癥，甚至死亡的發生。一些放射性物質也可能在工廠正常運作的過程中泄漏出去，但核事故仍然是核能的最大威脅。

核事故可能會向環境釋放大量的放射性物質。核事故有很多種，其中最危險的就是“核心區崩潰”。曾有一段時間，“核心區崩潰”的情況被人們認為是幾乎不可能的。而在1986年4月25日，前蘇聯的切爾諾貝利核電站發生了嚴重的“核心區崩潰”事故。盡管大家普遍認為西方工業化國家的安全防范水平比前蘇聯高，但這一事件還是給這個困難重重的行業增添了又一層陰影。

核能的利用承受著經濟和政治的雙重壓力。新核電廠的建設變得更加昂貴，部分原因就在于為了要提供一個更安全的防范系統，規范要求在逐步提高。這樣它相對于煤的經濟優勢就消失了，人們對新建核電廠的需求也沒有了。例如，在美國，1973年有219家核電站處于計劃建造或運行之中。到1998年底，核電站數量銳減到104家，并沒有任何人申請建造新的核電站。

對于核能利用，并不是所有國家都會做出同樣的選擇。瑞典不僅承諾不再建設新的核電站，而且還保證在21世紀初期關閉那些正在運行的核電站。而在法國和日本，標準化的電站設計和穩定的管理使得核電站的發電成本低于煤動力發電的成本。這兩個國家都在擴大核能的使用。

另一個值得注意的問題就是核廢料的處理問題。這個問題牽涉到核燃料循環的兩個端點：開采鈾礦產生的廢渣處理以及核反應堆的廢料處理，后者引起了人們的更多關注。鈾礦渣包含了好幾種元素，其中最重要的成分是釷230，它的半衰期是7.8萬年。

核反應堆的燃料廢渣里包含了許多有不同半衰期的放射性元素。在最初的幾百年里，放射性物質主要由裂變產物產生，主要是鍶90和銫137。大約1000年以后，大多數的放射性元素都會完成衰變，只留下原子數大于鈾元素的半衰期更長的元素，這些元素在24萬年內都可能帶來危險。當下我們做出的決策不僅可能以核事故的形式影響到當代人，還將影響無數后代人（因為核燃料廢渣長期具有放射性）。

聯邦政府建立了核管理委員會，其責任之一是負責監督核反應堆的安全。1979年3月28日三里島發生核事故之后，當地成立了主管委員會，對這一安全體系進行獨立評估。在1979年10月30日發表的最終報告強烈批評了現行制度，同時提出了一系列完善現行核能制度的方案。雖然理論上核事故問題是可以解決的，但實際上卻很難做到。

過渡燃料所帶來的環境問題給發電帶來了相應的困難。盡管替代燃料和太陽能最終會變得日益重要，但許多專家仍然認為，隨著人們逐漸認識和接受，這樣的能源最終進入市場會是一個緩慢的過程。

從長遠來看，我們對能源的需求最終由可再生能源來滿足，一方面因為不可再生能源已幾近枯竭，另一方面，更大程度上是由于不可再生能源的環境成本非常高，使得可再生能源更為經濟。

現有和可預見的未來的能源消費模式正在破壞著全球氣候，這讓我們對能源的轉型有非常迫切的需求，而能源轉型的實現主要取決于科學上的不確定性如何解決。如果第三世界國家也跟隨工業化國家走上以化石燃料為基礎的能源密集型道路，釋放到空氣中的二氧化碳將會達到史無前例的程度。一半的發展中國家需要依靠進口石油來滿足國內75%以上的能源需求。無論是對于工業化國家還是對于第三世界國家來說，任何旨在減少二氧化碳排放量的政策都要牽涉到化石燃料向其他能源形式的轉化。我們的研究機構能有效地幫助其完成這種轉化嗎？

可再生能源的形式是多樣的。流動的水可用做水力發電；生物體可以用來燃燒；太陽能可用來產生熱量推動蒸汽機或直接通過光電效應轉化為電能；風能可以推動汽輪機；通過太陽能從空氣中提取出來的氫氣可以作為汽車或熔爐的燃料；從地球深處獲得的地熱也能發揮很好的效用。

這些資源融入市場的程度取決于其相對成本以及消費者的接受度。隨著研究的深入，更好的利用方式被研發出來，可再生資源的相對成本必然會隨時間而改變。光伏電池的使用，就是科學研究降低成本的最好例證。

光伏是太陽能向電能的直接轉化。由于市場潛力巨大，私營企業對其很感興趣，并投入了大量的資金來提高其商業可行性。這些研究投入都有了豐厚的回報。1976年，用電高峰期時，每組光伏電池產生的每瓦特電能的平均市場價格為44美元，總共銷售了50萬瓦特。到2002年，價格已經降到每瓦特3.75美元。使用光伏電池的農村電力工程已經逐漸進入第三世界國家。

風能也開始大規模進入市場。新的汽輪機技術降低了成本，增加了風力發電的可靠性，使它即使在沒有將環境成本內部化的前提下，也能在優勢地區內與傳統能源展開競爭（優勢地區是指風力穩定而強勁的地區）。盡管世界上尚有許多未開發的優勢地區，但隨著這些地區的開發利用，風能在整個能源組成中的比例最終會有個上限。

氫氣作為一種能夠在長遠未來被利用的燃料，最近引起了人們的強烈關注（例如，冰島就已經宣布計劃發展氫燃料經濟）。雖然氫是地球上含量最多的元素之一，但它通常以化合物的形式存在。比如水就是兩個氫原子和一個氧原子組成的（H2O）。氫元素也以碳氫化合物的形式存在于許多化石燃料之中，比如汽油、天然氣、甲醇和丙烷。

通過加熱，氫可以從碳氫化合物中提取出來。目前，大多數的氫氣都是從天然氣中提取出來的。另外，水也可以提取氫。如果把電流通過蓄水池（比如使用光生伏打電池的方法），水就會分解成為兩個組成元素的單質：氫氣和氧氣。美國宇航局在1970年就開始使用液體氫氣燃料束推進航天飛機與火箭進入軌道。

除了直接燃燒，氫氣還可以用于燃料電池。燃料電池有非常廣闊的前景，可以為建筑物提供熱能和電能以及為電動車供電。氫燃料電池為美國宇航局航天飛機電力系統提供能源，并能夠產生清潔的生成物——水，可以供宇航員飲用。

以氫能源為基礎的經濟形式要成為現實，還需要克服一些障礙。氫能源使用技術在目前還比較昂貴，向消費者供應氫氣的設施也不夠完善。

如果沒有政府的作用，氫氣很難具備足夠實力與其他常規能源競爭。使用氫能源能夠大幅度地減少環境損失成本，這是一種外部性。而消費者在選擇燃料時，很可能會忽略這種外部性或不那么重視這種外部性，那么對氫能源的需求就會產生偏見。除非政府制定一些調節政策（比如，對污染嚴重的燃料征稅），那些潛在的供應商才不會在進入市場中受阻。

（摘自人民郵電出版社《自然資源經濟學》 作者：[美]湯姆·泰坦伯格 譯者：高嵐 等）