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面对能源危机 美科学家提出十大应对方案
2006年8月14日 10:54  来源:新华网

    全世界每天消耗8400万桶石油,美国占其中的1/4。与此同时,大气中不断上升的二氧化碳含量导致永冻土融化,冰架坍塌。气候学家警告说,如果排放量保持目前水平,下一代人将面临史无前例的环境灾难。对于这个问题,没有什么解决方案能够一招见效。在几十位科学家和能源专家的帮助下,美国科学家收集了一套新技术。利用这些技术,到2025年,美国可以把石油消耗量减少一半,同时大大降低对煤炭和天然气等矿物燃料的依赖。加上现有的核电和水力发电,可更新能源将使美国基本上无需产生温室气体的燃料就可满足家用和经济发展的需要。美国《大众科学》月刊最近刊登文章介绍了这套新技术,文章题为《十大方案解决美国对矿物燃料的依赖》,摘要如下:

    当然,这条道路不会一帆风顺。20年后,你也许能从飞机上看到天空中的风力发电站——也可能看不到。但是,有一件事可以肯定,研究人员和公司都在竞相寻找能利用可更新能源的最好技术。

    这个能源新时代的主要障碍不再是技术,而是政治和行政障碍。如果能够克服这些障碍,回报将非常可观:降低贸易赤字,加强国家安全,创造数百万不可出口的工作。我们还可以缓和一连串难以解决的环境问题,大大提高美国的竞争力和自给自足能力。下面就是我们的方案。

    一、利用风能

    几十年来,涡轮机桨叶越来越轻,越来越有力,这使风力装置越来越大,越来越有效。最大的叶片比自由女神像还高。最近,涡轮机的发展已经配合机器的设计,可以满足特定的风力条件。比如,为美国大平原设计的涡轮机就不同于容易刮飓风的墨西哥湾沿岸地区。

    这种技术的主要障碍在于:风是变化莫测的。但是,这个问题在很大程度上已经通过更为准确的预测得以解决。过去,不少人怀疑工业规模的风能发展能否得到接受;现在,越来越多的地区都对此表示欢迎。在中西部地区,农场主抢着把地租给电力公司:后者为每台涡轮机支付2000至4000美元。

    毫无疑问,某些风能技术开发商开始向天空发展。天空风能公司就在研制一种飞行发电机。这种装置在1.5万英尺(约4600米)的空中自转,通过电缆与地面连接。这种设计还必须要克服固定和维护引发的难题。但是,没有人怀疑,高空中的风最强、最稳定、也最富含能量。

    二、分布式发电

    现有的电网是从某个中心向所有用户单向输电。“分布式发电”更为可靠。按照这种办法,风能和太阳能一类的发电装置设在家庭或工作场所内部或附近,与复杂的数字分配系统和控制系统连通,按照高峰和非高峰期的需求输电,以实现最高能效。

    三、加速发展混合动力车

    当美国陆军最近宣布要开发一种新型混合动力“悍马”以节省燃料,你可以肯定,混合动力技术的时代到来了。

    混合动力车集内燃机和电动机于一体:这种混合装置可以重新捕获刹车时的能量,把闲置能量储存起来,同时减少发动机自重以提高里程。但是,这一代混合动力车刚刚离开展厅,下一代混合动力车的舞台就已经搭好。新一代产品称作并联式混合动力车(PHEV),晚上在自家车库就可充电,大大减少了汽油用量。

    伯克利加利福尼亚大学可更新和适当能源实验室主任丹尼尔·卡门说:“如果目前在美国的车辆都由PHEV代替,石油消耗量将减少70%到90%,这将使美国在未来的多年里自给自足,无需进口石油。”即使这些电动车的能量来自燃烧煤炭的火力发电站,二氧化碳排放量也可降低一半以上。如果这些能量来自于可更新能源,油箱里的燃料又是生物柴油或者乙醇,其效果还会大大提高。

    显然,这种情况不可能在一夜之间发生。目前,只有戴姆勒—克莱斯勒公司制造出并联式电动车的样机,其他汽车制造商在发展这个市场方面动作缓慢。

    无论用传统发动机还是混合发动机,减轻车辆自重在节省燃料方面的潜力经常遭到忽视。专家说,用高强度的轻型复合材料代替钢材,可以把混合动力车的燃效提高一倍左右。这大概是最有效、最可行的办法。

    此外,最近的一项研究显示,如果美国路面上的每辆轿车和卡车都装上通风座椅,空调消耗的燃料可以减少7.5%,让美国人每年少用5.22亿加仑(约合20亿升)石油。

    四、“酿造”更好的乙醇

    把钱投给中东酋长还不如投给美国农场主,这只是乙醇重新得到青睐的一个原因。今年,美国汽车制造商将向市场投放100万辆可变燃料车,提供乙醇的加油站也将增多1/3,达到1000个左右。

    麻烦在于,目前美国生产的乙醇多数来自玉米,其生产过程需要消耗大量矿物燃料。

    伯克利的丹尼尔·卡门认为,以玉米为原料的乙醇是一种“过渡”燃料。他说:“要想让乙醇对减少汽油消耗和缓解全球变暖等问题发挥作用,我们需要在大范围内从玉米乙醇转向纤维素乙醇。”纤维素乙醇由柳枝稷、木屑和玉米穗子一类的农业废料制成。

    今天,用于制造这种燃料的酶价格昂贵。但是,“解决办法”却可能很小很小。能源部联合基因组研究所所长埃迪·鲁宾说:“白蚁尾肠中的微生物能把植物纤维素转化为碳水化合物。我们正在对这些微生物的DNA进行排序,以便最终考虑通过生物工程培育出新的有机体以分泌这些酶。”换句话,从本质上说,有朝一日,我们的汽车将由虫子的体液来提供动能。

    ?五、打开太阳灯

    明年年初,洛杉矶东北部的沙漠将竖起几十个巨大的斯特林(公司名——本刊注)凹面镜。这些直径达37英尺(约11米)的镜面将把阳光反射到一个热量收集装置,阳光再把氢过渡加热到1300华氏度(约700℃),推动发电机。全世界最大的太阳能发电厂建成以后,莫哈韦沙漠将出现大约两万架太阳能集热器,为27.8万户居民供电。

    斯特林太阳能集热器可以把30%的太阳能化为电,是今天效率最高的太阳能发电技术。人们大多把太阳能等同于光电池。这些电池只能转化15%的太阳能,但好处是可以在用电的同时发电,减轻输电网络的压力,并且可以把任何一个晒到阳光的表面变成能源收集装置。在不太遥远的未来,我们也许能用身上的衬衫或外套给手机等装置充电。最终,我们的混合动力车或许将得以利用自身的表面收集太阳能,以提供动力。有朝一日,我们也许还能坐上太阳能飞机。这一切将主要通过提高单位面积捕捉的太阳能以及降低关键材料的成本来实现。

    六、转向氢燃料

    得到大肆宣传的氢经济潜力巨大,但实施起来却绝非易事。大自然没有直接提供纯氢燃料,目前最便宜的办法是从石油或天然气中提取,这丝毫无助于减少二氧化碳的排放。

    但是,氢动力燃料电池的效率已经比内燃发动机高一倍以上。在冰岛,可更新能源使氢经济变得可行。在美国,有朝一日,额外的风能或许将制造出氢。研究人员甚至还可能对有机体进行基因改性,直接把太阳光转化为氢。这或许将带给我们一个光明的“氢未来”。

    七、潮汐发电

    最近的一项研究表明,美国近岸海域蕴藏着丰富的电力,其中约有1/8可以在几乎不影响环境的条件下开发,相当于我们现有全部水电站的产量。

    像在其他大多数可更新能源领域一样,欧洲人走在了前面。今年夏天,葡萄牙开始安装一个近岸潮汐能转换器。这种蛇形的钢管链将在半潜状态下向外延伸3英里(约5公里)。到2008年,这套装置将为大约1.5万户家庭供电。

    潮汐蕴藏的能量强度是风的10至40倍。就技术而言,水动力系统的成熟速度也更快。潮汐涡轮机技术从本质上说就是在密度更大的介质中运转的风车。这种技术的发展速度尤其迅猛。今年夏天,纽约东河8英尺(约2.4米)深处的6台涡轮机将开始发电。这些缓慢转动的螺旋桨将在第一年发电52.5万千瓦时。如果18个月的试用效果令人满意,涡轮机的数量还将增加,发电量将达到2600万千瓦时,为8000户居民供电。这对戈瑟姆地区的能源消耗量几乎没有什么影响。但是,专家说,令人激动的不是项目的规模,而是技术的发展。这将是世界上第一个潮汐发电厂,一个可能带来稳定、无污染能源的原型。

    八、向深处挖

    地热能源协会的执行理事卡尔·加韦尔说:“西得克萨斯州废弃油井产生的热水当中储藏着5000兆瓦地热能。但是,这些能源都白白浪费了。我们利用地热的能力远远超过我们对这项技术的实际使用。”

    地热技术利用地球内部的热量发电或给建筑供暖。夏威夷、阿拉斯加和西部各州一直都是公认地热资源丰富的地区。但是,新型发电厂将得以利用温度低至160华氏度(约71℃)的地热水库发电。

    地热的运用大概还不局限于此。科学家正在设法利用“干热岩石”采热技术建起人造地热水库,把水压入过热水晶岩。水在流入热岩开口时加热,然后经由生产井送回地表,其热量作为能源得以开采,然后再把这些水压回去,如此循环往复。

    九、利用垃圾制造煤气

    我们自旧石器时代以来就在燃烧“生物燃料”。那时候,我们燃烧木材在洞穴中取暖,烤象腿。今天,多数“生物燃料”仍然取自木材。但是,我们正在逐渐完善利用农业废弃物甚至垃圾发电的技术。像矿物燃料一样,这些材料燃烧时也释放出二氧化碳。但是,排放出来的二氧化碳却被植物生长时吸收的二氧化碳抵消了。

    能源部全国生物能源中心的理查德·贝恩说,在新一代技术中,“气化”大概最有潜力。气化装置利用高热在低氧环境下把农业废料转为氢和一氧化碳的混合物,可以在锅炉中燃烧,或者在涡轮机中代替天然气。这种转换可以把能源效率提高10%,释放出的气体可用来推动蒸汽轮机,进行第二轮发电。整个过程中浪费的热量则可用来给建筑物或整个城市供暖。

    十、利用“负瓦特”

    上世纪70年代,节能意味着关灯。今天,《家庭节能方案》一书的作者保罗·舍克尔说:“现在到了利用技术把同样一件事做得更好的时候了。”美国现在每创造1美元经济产出消耗的能源比30年前减少了47%,这在很大程度上要归功于技术进步。令人遗憾的是,由于供应方缺乏效率,生产出来的大量能源都在传输途中白白浪费。消费者对此无能为力,但在家里节约能源却非常简单——电费下降就是报偿。落基山研究所的艾默里·洛文斯说:“我称之为‘负瓦特’。最便宜、最清洁的能源莫过于没有制造出来的能源。”

 
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