尋找新能源

陳釗

比爾·蓋茨曾經說過，他一生中有三大夢想：第一個夢想是希望每個人都能擁有一臺電腦——這個夢想他已經實現；第二個夢想是希望每個人都能擁有平等的醫療機會，包括世界上最貧窮的地區——他成立的比爾和梅琳達·蓋茨基金會每年投入大量資金用于消滅艾滋病、結核病和瘧疾，這個夢想他正在努力實現中；第三個夢想是希望能讓最貧窮地區的人用上廉價的清潔能源——他成立的泰拉能源公司（Terrapower）正在緊鑼密鼓地開展科技研發，這個夢想他才剛剛開始。

能源與氣候問題

能源對于改善人類的生活具有重要意義。現代文明是建立在先進能源技術基礎上的，推動人類的歷史進程向前需要能源技術不斷取得突破。20世紀初，在能源價格快速下降后（圖1），人類才用上冰箱和空調，才能擁有各種現代化的事物，才能夠真正享受現代文明給我們帶來的美妙生活。因而，人類如果希望擁有更加美好的生活，就必須在能源技術上取得突破，進一步降低能源價格。

然而，人類在努力降低能源價格時，面臨著一個新的挑戰——氣候問題。人們目前大量使用的能源，如煤炭、石油、天然氣等，都屬于化石能源。它們在使用過程中會釋放出大量二氧化碳（圖2），導致氣溫上升及劇烈的全球氣候變化，破壞現有的生態環境。生態環境的破壞意味著莊稼將無法正常生長，洪澇和干旱等災害頻繁發生。這些變化將會摧毀原本已經非常脆弱的自然環境，帶來饑荒、動蕩，以及更多的貧困。因此，我們必須給能源的利用增加一個新的限制，這個限制就是二氧化碳排放量。

減少二氧化碳排放

能源消耗與二氧化碳排放之間的關系，可以通過一個公式說明（圖3）。這個計算二氧化碳排放量的公式有4個要素，分別是人口總數（P），人類使用的服務量（S），每項服務所消耗的能源量（E）和每單位能源所排放的二氧化碳量（C）。接下來，我們將逐個要素進行分析。

首先是人口總數（P）。目前全世界有68億人，并且人口總數還在不斷增加，最終會增長到90億左右。隨著科技發展，如果我們在新疫苗開發、醫療服務、生殖健康方面的工作卓有成效，也將促進這個因子的增長。所以，我們無法通過降低這個因素來減少二氧化碳的排放。

第二個因子是我們使用的服務量（S），它包括我們吃的食物、穿的衣服、電視、空調、暖氣等。這個因子越大，說明我們擁有更多、更好的服務，我們的生活品質更好。所以，我們也不可能通過減低這一因子來減少二氧化碳的排放。

第三個因子是每項服務所消耗的能源量（E），也就是能源效率。這個因子不會持續上升，我們可以通過發明新技術，采用新材料等方法，來減低每項服務所消耗的能源量。但是，能源效率的提高是有限的，通過提高能源效率來減少二氧化碳的排放也是非常有限的。所以，我們并不能在這個因子上寄予太多的期望。

第四個因子，也是最關鍵的一個，是每單位能源所排放的二氧化碳量（C）。在這個因子上，人類可以大有作為。我們可以通過采用清潔能源，降低二氧化碳的排放，甚至可以將排放量降為零。這意味著，我們要改變現在以化石能源為基礎的能源系統，在全球范圍內建立一個以清潔能源為基礎的新的能源系統，這是一個非常嚴峻的挑戰。我們只有這樣去做，才能進一步提高生活質量，實現人類的可持續發展。

換句話說，我們需要能源奇跡來實現夢想。

五大能源奇跡

在眾多的清潔能源技術中，科學家們目前較為看好的有5個方向，它們分別是碳捕集、核能、風能、光伏太陽能和太陽能熱利用。這5種清潔能源技術都可以實現二氧化碳零排放的目標。只是目前都還不夠成熟，存在諸多需要解決的難題，需要投入大量資金、人力，在技術上不斷取得突破。

碳捕集是指將化石燃料燃燒產生的二氧化碳通過煙囪收集、加壓、液化和儲存。目前的試驗已經能夠做到捕集60%～80%二氧化碳排放量的水平；但這一數值還不理想，需要進一步提高。此外，在一個地方長期大量儲存二氧化碳也會引起爭議，并且存在一些安全隱患。如何提高碳捕集效率、解決二氧化碳廢料的存儲問題，都是目前需要解決的關鍵問題。

核能是一種能夠實現大規模利用的清潔能源，但它的發展同樣面臨很多困難：首先是安全問題。科學家必須發展出相關技術，讓核電站運行得更加安全，真正杜絕核事故的發生；同時，還要確保核燃料不會被用于制造核武器，防止核擴散。其次是核廢料處理問題。核廢料的數量雖然不大，但處理起來卻存在諸多難題。

5種能源的后3種（包括風能、光伏太陽能和太陽能熱利用），人們通常稱它們為可再生能源。它們都不需要燃料，取之于大自然，是非常清潔和可持續發展的技術，但這3種能源的發展也面臨同樣的問題：首先，這些技術所收集到的能源密度非常低，遠遠小于電廠。其次，這些能源是間歇性的，太陽光不是一整天都有，風也不是一直在吹。如果完全依賴這些能源，我們還得有其他渠道來獲取能源，以度過間歇期。最后，這些能源都面臨巨大的成本問題和傳輸方面的挑戰。因為適合建立風力發電場和太陽能電站的地方一般都是人口稀疏的地方，這些地方發出來的電需要輸送到人口密集的城市，而電力傳輸的距離通常是非常遙遠的。

比爾·蓋茨的努力

以上5種能源中的每一種，都需要投入大量的材料和研究人員，才有可能取得進展。值得欣慰的是，現在已經有很多團隊投身其中，開展了實質性的行動，比爾·蓋茨的團隊就是其中之一。

比爾·蓋茨的泰拉能源公司正在開發一種新的核反應堆。這種新的核反應堆被稱為行波堆，這種反應堆不燃燒常規的核燃料鈾235，而是燃燒核廢料中的鈾238。鈾235非常稀少，其存量還不到天然鈾的1%，而鈾238的儲量非常豐富，占天然鈾的99%，且開采非常容易。由于這種方法使用的燃料是原本被丟棄的核廢料，所以技術成本可以極大地降低。而且，他們把核廢料變成燃料，再也不用擔心核廢料的處理問題。據估算，只需要采用儲存在美國肯塔基州核廢料場的現有核廢料，就可以為全美國供應數百年的能源。另外，僅僅通過簡單的開采程序，就可以得到足以供應地球上的人們下半輩子使用的燃料了。

尋找能源奇跡，面臨諸多挑戰，不過人類沒有放棄，人們正在不斷地努力中。

【責任編輯】趙 菲endprint