環(huán)境和氣候問題日益突出，全球人口不斷增長(zhǎng)，怎樣才能滿足未來巨大的能源需求呢？德國(guó)學(xué)者克里斯蒂安·霍勒等人合著的《未來能源：我們能做些什么》，是一本關(guān)于能源的科普?qǐng)D書。書中梳理了太陽能、風(fēng)能、水電、核能等可再生能源的現(xiàn)狀與應(yīng)用前景，并結(jié)合簡(jiǎn)明趣味的圖表，呈現(xiàn)了這些能源的利用條件和轉(zhuǎn)化率。該書不僅為能源相關(guān)從業(yè)者、研究者提供了可再生能源的應(yīng)用方向和投資機(jī)會(huì)，也為讀者了解并參與未來能源轉(zhuǎn)型開拓了思考空間。不可不察的是，未來并不遙遠(yuǎn)，能源的任何變動(dòng)和創(chuàng)新，都將直接影響著每個(gè)人的生活。我們是到了該改變的時(shí)候了。

《未來能源：我們能做些什么》

［德］克里斯蒂安·霍勒　等　著

周婷　譯

藍(lán)獅子｜北京聯(lián)合出版公司

能源成就了人類文明

宇宙中發(fā)生的一切都需要能量。整個(gè)宇宙都是能量的游樂場(chǎng)。沒有了能量，就沒有運(yùn)動(dòng)，沒有輻射，沒有思想，什么都沒有，能量是一切的開始。對(duì)人類而言尤其如此，因?yàn)槲覀兪悄芰肯恼摺］喆w機(jī)和汽車，機(jī)器運(yùn)作、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、家居生活、電子產(chǎn)品的使用……一切都需要能量才能運(yùn)行。

如果不開發(fā)能源，人類文明的發(fā)展是無法想象的。

早年間，獵人和采集者從環(huán)境中滿足了他們的能源需求。但是，即使是最早的農(nóng)業(yè)文明，也已經(jīng)需要控制某些形式的能量為人所用，例如水能或風(fēng)能，并且大力發(fā)揮生物質(zhì)能的作用，用以制作人類和牲畜的食物，以及用于烹飪和取暖的木材。

在大約２００年前的工業(yè)化過程中，隨著機(jī)器的投入使用，人們開始大力推廣和使用全新的能源：我們幾乎動(dòng)用了地球上的能源儲(chǔ)存。煤、石油和天然氣從地里被開采出來，這些原料的能量密度特別高，甚至可以通過提煉廠的復(fù)雜工藝進(jìn)一步濃縮。例如，這些原料可以使飛機(jī)從地面起飛，使汽車速度更快。同時(shí)，它們還可以轉(zhuǎn)化為電能，這是我們所知道的最高形式的能量，因?yàn)樗梢蚤L(zhǎng)距離分布，并且?guī)缀蹩梢杂糜谌魏问虑椤?/p>

正是這種電流，讓我們可以使用電腦、冰箱、空調(diào)、智能手機(jī)、平板電腦和電視機(jī)。相比之下，一萬年前的獵人沒有這些能源裝備，只能步行。即便是在１９世紀(jì)，大多數(shù)人出門仍然靠步行，也沒有定位系統(tǒng)。但是現(xiàn)在，隨著越來越多的人享受著現(xiàn)代的、能源密集型的生活方式，能源消耗也在不斷增加。

《未來能源》采用了一個(gè)生動(dòng)形象的比喻，用以幫助讀者對(duì)“什么是能量”形成更具體的感知和理解：假設(shè)一個(gè)自行車手，每天連續(xù)騎行１０小時(shí)，可以產(chǎn)生１千瓦時(shí)的能量。你可以用這１千瓦時(shí)洗３分鐘熱水澡，或者駕駛電動(dòng)汽車前行６公里……以此類推，所有的能源消耗活動(dòng)都可以被量化換算。

可以確知的是，如今，人類對(duì)能量的需求越來越大，已經(jīng)達(dá)到了幾乎無法被滿足的地步。然而，地球上的能源消耗非常不均衡，并且與財(cái)富有著很大的關(guān)系。一般來說，富人會(huì)比窮人消耗更多的能源。例如，在印度，人均能源消耗量?jī)H為德國(guó)的五分之一。難道印度人民不想和德國(guó)人民擁有一樣的生活水平嗎？但是這只有在能耗顯著增加的情況下才有可能。

此外，世界人口仍在持續(xù)增長(zhǎng)，僅在１９７３年到２０２０年間，世界人口就翻了一番，因此，全球能源消耗總量可能會(huì)繼續(xù)上升。

沒有完美的替代品

過去，我們只知道插座里有電，這電到底是從哪兒來的，我們壓根沒關(guān)心過。然而，這樣的時(shí)代已經(jīng)快要過去了。

我們的星球正在通過無數(shù)現(xiàn)象發(fā)出警報(bào)，人類的生存正在受到威脅。人類已經(jīng)把這個(gè)星球變成了一個(gè)海陸空的垃圾場(chǎng)。現(xiàn)在，我們自食惡果。歷時(shí)數(shù)百萬年所形成的化石能源通過煤、石油和天然氣給人類提供了溫暖，并且讓我們能夠開展各種活動(dòng)，但它們也改變了大氣，使地球不斷變暖。這正是大自然做出的反應(yīng)，以一種非常自然的方式：冰川在萎縮、永久凍土在融化、海平面在上升、海洋在酸化、干旱時(shí)間越來越長(zhǎng)、降雨越來越多、天氣變得越來越極端、平均氣溫不斷上升。另外，導(dǎo)致全球變暖的溫室氣體的濃度還在不斷增加。

此外，化石能源的儲(chǔ)存是有限的，雖然它們還能持續(xù)使用數(shù)十年，煤甚至可以持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間，但總有一天會(huì)用完。

《未來能源》指出，人類的解決方案只能是：擺脫所有排碳的東西。不再燃燒煤、石油和天然氣，而是使用可再生能源。但是，這并不簡(jiǎn)單。

太陽能或許是最適合的替代者。太陽是地球的能源供應(yīng)者，幾乎所有可供使用的能源，例如風(fēng)能和水能，都直接或間接地由太陽提供。從技術(shù)上講，可以通過兩種方式利用太陽的輻射。顯而易見同時(shí)也是最古老的方法，是利用輻射給水加熱，即所謂的太陽能熱能，第二種方式是使用現(xiàn)代技術(shù)，進(jìn)行太陽能光伏發(fā)電。

太陽能在人類生活中的應(yīng)用已經(jīng)較為普遍，太陽能熱水器、太陽能路燈隨處可見，應(yīng)用太陽能發(fā)電的光伏電站和光熱電站也越來越多。在新能源小鎮(zhèn)里有恢弘的光伏陣列，有自帶充電的光伏車棚。干凈整潔的阡陌旁，豎起了成串的新能源路燈。這都是太陽能給生活帶來的改變。

與此類似，風(fēng)能設(shè)施也變得越發(fā)常見。在全球范圍內(nèi)，無論是在陸地上還是靠近海岸的海上，都能看到風(fēng)力發(fā)電裝置。

但是，太陽能和風(fēng)能都對(duì)自然氣候的要求較高，顯然無法完全成為煤、石油和天然氣的“平替”。由于太陽能和風(fēng)能無法持續(xù)穩(wěn)定地提供能量，人們必須考慮如何平衡這些波動(dòng)。隨著可再生能源的不斷發(fā)展，強(qiáng)大的存儲(chǔ)裝置和儲(chǔ)能技術(shù)將變得越來越重要。相信在不遠(yuǎn)的未來，能量消耗問題會(huì)得到有效解決。

與此類似，水能、波浪能、潮汐能、地?zé)崮艿那闆r也差不多，只能在小范圍內(nèi)為本地的能源供應(yīng)做出貢獻(xiàn)。

核能倒是對(duì)自然環(huán)境不那么挑剔。１９５４年，全球第一座用于大規(guī)模發(fā)電的民用核電站在蘇聯(lián)投入使用。從那時(shí)起，各種類型的核裂變反應(yīng)堆相繼被開發(fā)出來。目前，全球有大約４４０座核電站，其中美國(guó)最多，約１００座，遠(yuǎn)超其他國(guó)家，其次是法國(guó)，約５０座。總體而言，核能滿足了全球１０％以上的電力需求。

但是，核能又面臨著成本高昂、大規(guī)模擴(kuò)建核電站時(shí)間長(zhǎng)、鈾礦開采難、存在安全風(fēng)險(xiǎn)等問題的困擾。《未來核能》認(rèn)為，所謂的“第四代”技術(shù)雖然很有希望，但因其技術(shù)復(fù)雜性以及被用于制造核武器的可能性，目前不太可能成為所有人都能獲得的能源。鑒于能源轉(zhuǎn)型的緊迫性，等到核裂變的新技術(shù)在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都適合投放進(jìn)市場(chǎng)的時(shí)候，可能就太晚了。另外，核聚變的未來也還是完全未知的。

國(guó)際合作已迫在眉睫

新能源的利用可以讓環(huán)境得到凈化，不會(huì)產(chǎn)生過多的有害氣體污染環(huán)境，并且不用擔(dān)心資源枯竭問題。然而，新能源的發(fā)展還存在起步晚、技術(shù)薄弱等問題。

弄清這一切后，大家可能會(huì)感到沮喪。但《未來能源》認(rèn)為，這沒有必要。在該書看來，想要改變現(xiàn)實(shí)的窘境，有三個(gè)方面至關(guān)重要：降低能耗、擴(kuò)建新能源基礎(chǔ)設(shè)施、國(guó)際合作。

在許多致力于２０５０年實(shí)現(xiàn)二氧化碳中和的研究中，都是以能源消耗減少５０％為前提。但具體如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，其實(shí)并沒有明確方案。經(jīng)常被提及的方法是提高效率和發(fā)展技術(shù)，然而，僅有這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

如果看一下德國(guó)過去３０年的最終能源消耗，就會(huì)發(fā)現(xiàn)盡管效率和新技術(shù)都已經(jīng)有了巨大的提升，能源消耗卻根本沒有變化。雖然不能從過去推斷未來，但考慮到一些行業(yè)每年能源消耗的增長(zhǎng)率約９％，就會(huì)知道未來能源轉(zhuǎn)型不是一件輕松的事情。

不過，希望還是有的。我們可以通過熱泵實(shí)現(xiàn)供暖電氣化，再加上交通電氣化，效率明顯提高，這樣一來，車輛行駛相同的里程、房屋獲得相同的溫度所需的能量就減少了。與此同時(shí)，改用可再生能源、建設(shè)隔熱良好的房屋也可以減少總能源消耗。但這還不夠。人類還得調(diào)整自己的日常習(xí)慣，在各個(gè)方面減少能耗，比如：少坐飛機(jī)、私家車，更多地使用公共交通工具，減少使用能耗多的產(chǎn)品，改善飲食習(xí)慣等。

擴(kuò)建新能源基礎(chǔ)設(shè)施，主要包括建設(shè)風(fēng)力發(fā)電站、光伏設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)施、電網(wǎng)和供暖系統(tǒng)。或許在未來的生活里，房屋后面的風(fēng)力渦輪機(jī)以及屋頂和開放空間的光伏設(shè)備，將成為“標(biāo)配”。此外，對(duì)儲(chǔ)能的研究表明，人們目前所擁有和正在開發(fā)的技術(shù)非常多，如電轉(zhuǎn)氣、燃?xì)怆姀S、蓄熱器、電池、抽水蓄能，加上控制能耗以及大面積配電，能量?jī)?chǔ)存問題在未來一定會(huì)得到解決。

當(dāng)然，更重要的還是加強(qiáng)國(guó)際合作。如果查看一下關(guān)于太陽輻射強(qiáng)度或風(fēng)速分布的世界地圖，就會(huì)發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)適合發(fā)展不同的能源：南歐、非洲和澳大利亞適合太陽能發(fā)電，而沿海地區(qū)，特別是北歐和北美，非常適合風(fēng)力發(fā)電。生物質(zhì)的使用，也很大程度上取決于地理位置，還有各國(guó)的人口密度。

如果將能源轉(zhuǎn)型作為一個(gè)聯(lián)合項(xiàng)目來推進(jìn)，那么所有國(guó)家都將受益匪淺。這不僅僅是簡(jiǎn)單地將能源從一個(gè)地區(qū)運(yùn)輸?shù)搅硪粋€(gè)地區(qū)，還涉及能源密集型產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移和安置，能夠帶動(dòng)就業(yè)、改善民生。今天，人們已經(jīng)擁有了必要的技術(shù)，價(jià)格也在承受范圍內(nèi)，在全球許多地方，風(fēng)力發(fā)電站和光伏電站的電力價(jià)格現(xiàn)在甚至比燃煤發(fā)電還便宜。電力已經(jīng)可以以低損耗傳輸數(shù)千公里，對(duì)儲(chǔ)能設(shè)施和氫燃料的深入研究也在大力開展。

然而，在許多領(lǐng)域，國(guó)家之間還缺乏密切合作的政治條件。《未來能源》指出，不僅是政客，民眾也應(yīng)該為能源結(jié)構(gòu)變革做出必要的貢獻(xiàn)。我們必須為節(jié)能盡自己的一份力，最重要的是，為后代承擔(dān)起集體責(zé)任。“人類歷史上發(fā)生過多次技術(shù)變革，但從未有過下一代消耗的能源比上一代少得多的情況出現(xiàn)。因此，我們面臨著一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。”

文章來源：齊魯晚報(bào)

作者：德霖