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解開新能源的迷思

2010-08-03 09:38:54 科技網(wǎng)

清潔能源的道路無疑十分誘人,但機(jī)遇同時(shí)都與陷阱并存,此番征程避免不了遭遇一些浮夸的炒作和悲觀的宿命論,形同一些巨大的泡沫,紛擾蕪雜,很可能阻礙了人們在新能源之路上的前進(jìn)方向。

在這里,既不會為某一種新能源技術(shù)歌功頌德,亦不會將另一種打入谷底。僅是列舉了現(xiàn)代人們因各類新能源而產(chǎn)生的最為廣泛的10個(gè)疑慮或坊間傳聞——這其中,有些過于理想主義而有些過于消極,美國《大眾機(jī)械》雜志以盡量審慎的態(tài)度一一戳破其偏頗之處,還之以真相。

核電:談核變色為哪般

在發(fā)達(dá)國家,核電幾十年的發(fā)展歷史已使其成為一種成熟的能源。但近期的全美民意調(diào)查顯示,72%的受訪者對核電廠的事故隱患表示關(guān)注,一些輿論制造者也推動著這個(gè)恐懼的擴(kuò)大。哥倫比亞大學(xué)地球研究所執(zhí)行主任史蒂芬·科恩稱,這種所謂的核力量糅合了“危險(xiǎn)、復(fù)雜與政治爭議”。

人類第一次人工核反應(yīng),當(dāng)屬1919年盧瑟福使一些輕元素的原子核在被α粒子轟擊后發(fā)生了變化并發(fā)射出質(zhì)子;到1945年第一顆原子彈的問世,標(biāo)志著人類邁進(jìn)了核時(shí)代;再到1954年,蘇聯(lián)建成了世界上第一座核電站——奧布寧斯克核電站。核電站發(fā)生的意外事故,按嚴(yán)重程度可以有一個(gè)很大的范圍,國際統(tǒng)一的認(rèn)識標(biāo)準(zhǔn)將其分為七個(gè)等級,5級以上的事故需實(shí)施場外應(yīng)急計(jì)劃。這種事故世界上共發(fā)生過3次:即前蘇聯(lián)切爾諾貝利事故、英國溫茨凱爾事故和美國三里島事故。

其實(shí)在人類踏入核時(shí)代的這60幾年里,直接死于核電廠意外事故者不到100人,這其中,包括1986年4月26日切爾諾貝利核電站第4號核反應(yīng)堆的一聲巨響帶走的56條生命(截止到2005年一份國際原子能機(jī)構(gòu)報(bào)告提供的死亡數(shù)據(jù))。但如今的世界核電技術(shù)水平已與1986年不可同日而語。切爾諾貝利核電站采用的反應(yīng)堆沒有安全殼結(jié)構(gòu),在一些國家飽受詬病早已放棄。拿當(dāng)時(shí)切爾諾貝利核電站的水準(zhǔn)與一座現(xiàn)代化核電站相比,其差距等同于將第一次世界大戰(zhàn)的老飛機(jī)與F-18戰(zhàn)斗機(jī)作比。

現(xiàn)在,為減少最壞情況的發(fā)生,一些較先進(jìn)的核電廠如美國愛達(dá)荷州國家實(shí)驗(yàn)室(INL),包含有多個(gè)自動切斷機(jī)制,對于含有許多裂變產(chǎn)物和超鈾元素的乏燃料(即已在反應(yīng)堆內(nèi)燒過的、不再使用的核燃料),這類型的核電站亦有能力將其燃燒,不用再將核廢料埋上個(gè)幾千年。

人們常以為煤、石油等能源比核能源要安全許多,有錯(cuò)覺認(rèn)為這些常規(guī)能源的開采和使用是掌握在人類手中的,不像核那樣充滿未知感。然而統(tǒng)計(jì)數(shù)字卻顯示,煤與石油比核能源更具有殺傷力。在美國,礦工們罹患心臟病、黑肺病,或是像今年4月在西弗吉尼亞州發(fā)生的煤礦爆炸這類事故,每年要帶走幾百人的生命。煤電的亞致死效應(yīng)也更大。曾任職于美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的核物理學(xué)家杰拉爾德·E·馬什指出:“一座燃煤發(fā)電廠的輻射量總數(shù)遠(yuǎn)超過一座核電站,即便采用了輻射防護(hù)亦是如此。”而燃煤電廠產(chǎn)生的污染顆粒,每年會造成近2.4萬人罹患肺癌而早逝。

至于石油,無需贅敘,最近的墨西哥灣漏油事件當(dāng)屬一次悲慘的實(shí)例。

美國愛達(dá)荷州國家實(shí)驗(yàn)室副主任凱瑟琳·麥卡錫認(rèn)為,人們該走出切爾諾貝利和三里島核泄漏事故的夢魘:“相對于燃煤電廠的二氧化碳排放,核電廠的排放只是小小一部分;而僅幾百個(gè)核設(shè)施就可能覆蓋全美所有的能源要求,降低人們對化石燃料的嚴(yán)重依賴。”現(xiàn)在,是時(shí)候洗掉核電行業(yè)“額頭上的烙印”了。

生物乙醇:你方唱罷我登場

盡管多年來都是可再生能源的寵兒,但現(xiàn)在,玉米乙醇已經(jīng)失寵,纖維素乙醇日漸露出其生物燃料明星的姿態(tài)。然而,纖維素制乙醇,真的有傳說中那么完美嗎?

環(huán)保規(guī)定是促進(jìn)乙醇燃料的關(guān)鍵杠桿。在美國,自2005年能源政策法案頒布,規(guī)定到2012年美國每年汽油消費(fèi)的5%要來自乙醇這樣的再生燃料,并給予一定補(bǔ)貼,使得乙醇開始紅得發(fā)紫。在世界各地,由于將可食用作物轉(zhuǎn)化為燃料的技術(shù)是現(xiàn)成的,包括玉米在內(nèi)的作物成為制造生物燃料最簡單可行的原料。一時(shí)間,玉米短缺,價(jià)格上漲,險(xiǎn)些與民爭食。種種弊端也隨之展現(xiàn),用在種植、收獲、運(yùn)輸和提煉玉米上的能源,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過玉米能提煉出的能源,眾多的報(bào)告從多個(gè)角度對美國生產(chǎn)的玉米乙醇進(jìn)行過研究,結(jié)論都是效率不如汽油。玉米乙醇顯然并不是人們所期望的、對環(huán)境安全具有積極影響的能源形式。

任何一種能源都有可能被更新、更好或更廉價(jià)的新能源所取代。在玉米乙醇沒能兌現(xiàn)它所承諾的良好效率之時(shí),纖維素乙醇作為接替者成功上位。

纖維素乙醇的前景似乎要好得多:首先,纖維素在自然界廣泛存在,美國就有大片土地可供柳枝稷生長,通過纖維素所獲的乙醇非常潔凈,可以和汽油一樣有效驅(qū)動汽車行駛;其次,纖維素生產(chǎn)乙醇靠的是秸稈、草皮和樹皮,這些纖維素人類并不能食用,不會威脅人類的食物供應(yīng);最后,以非糧原料或農(nóng)業(yè)廢棄物為原料轉(zhuǎn)化,無疑比從玉米或甘蔗中提煉乙醇更合算且十分環(huán)保。大多數(shù)此類作物能夠在不適用作農(nóng)田的邊際土地上快速生長,還有一些能在被廢水或者重金屬污染的土壤中生長并凈化土壤,如生長周期較短的灌木柳樹。

不過,這名生物乙醇界的新貴,還必須克服相當(dāng)大的環(huán)境與財(cái)政方面的挑戰(zhàn)。盡管其可存在于廣袤的自然界中,但若想達(dá)到工業(yè)數(shù)量級的要求,得有極其龐大且源源不斷的纖維素供應(yīng),邊際土地顯然不夠用,還是會有大量土地“獻(xiàn)身”給乙醇燃料事業(yè),此其一。

而(原料)供應(yīng)密度低的問題同樣很棘手。得克薩斯大學(xué)的化學(xué)工程師泰德·帕賽克舉例稱:“譬如說在植被稀少的海灣地區(qū),幾乎需要一塊大于所有加利福尼亞州農(nóng)田面積總和的柳枝稷樹林。”此其二。

而且,由于纖維素的質(zhì)地堅(jiān)韌且多纖維,其需要重型酶參與分解,才能將植物中的纖維素分解成可發(fā)酵糖,并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙醇。這一過程是目前的關(guān)鍵技術(shù),其耗用掉很多能量,且盡管多種催化酶一直在進(jìn)行優(yōu)化,但成本仍然奇高。

針對這份過高的投入,去年發(fā)表在《生物資源技術(shù)》雜志的報(bào)告稱,纖維素乙醇暫時(shí)還不是汽油的對手,除非原油價(jià)格每桶達(dá)到90美元。

靠碎樹枝來取代石油的想法只怕是一廂情愿,但只盼當(dāng)“90美元”這一天到來之時(shí),纖維素乙醇能略施身手,而這正是今天不斷進(jìn)行研究的價(jià)值所在。

風(fēng)能:但求好風(fēng)憑借力

在多數(shù)人眼中,風(fēng)能只是輔助能源,用它來發(fā)出的電并不很靠得住。因?yàn)橐刺斓哪樕惺拢l(fā)電能力的多寡取決于自然界,倏忽其來,倏忽其去,不可預(yù)測。

在地球的表面,由于各處受太陽輻照后氣溫變化不同和空氣中水蒸氣的含量不同,因而引起各地氣壓的差異,在水平方向高壓空氣向低壓地區(qū)流動,就是人類可加以利用的風(fēng)。大量空氣流動所產(chǎn)生的動能很可觀,具體某處風(fēng)能資源決定于風(fēng)能密度和可利用的風(fēng)能年累積小時(shí)數(shù)。據(jù)估算,全世界的風(fēng)能總量約1300億千瓦。

如此巨大數(shù)字當(dāng)然要讓它更加靠得住。現(xiàn)在,能源規(guī)劃人員已在制定策略,力求讓風(fēng)力發(fā)電變得更加穩(wěn)定,使人們知道真正使用上風(fēng)電其實(shí)離我們并沒那么遙遠(yuǎn)。

風(fēng)忽起忽散,能量亦忽漲忽落,想把這種間歇性加以平衡,研究人員認(rèn)為最好的辦法是將不同區(qū)域用計(jì)算機(jī)網(wǎng)格技術(shù)加以連接。據(jù)全球綠色建筑環(huán)境咨詢公司的執(zhí)行合伙人喬治·凡霍森稱,他們建立了一個(gè)監(jiān)測系統(tǒng),可觀察風(fēng)在不同區(qū)域的狀態(tài),再利用數(shù)據(jù)、計(jì)算機(jī)模型、實(shí)用程序,將某一地區(qū)的多余風(fēng)電分流到匱乏地區(qū),就像對待常規(guī)電流與水流那樣。

這并非異想天開,而是得到科學(xué)支持的一項(xiàng)戰(zhàn)略性行動。斯坦福大學(xué)最近的研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)許多風(fēng)電場通過網(wǎng)格連接在一起時(shí),產(chǎn)生的電力中約有三分之一的部分,可以作為提供24小時(shí)電力的可靠來源。而剩下的“不可靠”風(fēng)力同樣大有用途,例如可為電動車充電或制造氫運(yùn)輸燃料之用。

特拉華大學(xué)在今年春季發(fā)表的研究報(bào)告認(rèn)為,一個(gè)連接著東海岸線風(fēng)力發(fā)電機(jī)的近海區(qū)域網(wǎng)格系統(tǒng),其可提供相對穩(wěn)定的電力輸出達(dá)5年以上,且這期間電力并不會呈現(xiàn)漸漸變?nèi)醯内厔荨Q芯咳藛T表示,美國東部風(fēng)暴非常具有代表性的沿海岸線移動,如果能連接上海上風(fēng)力發(fā)電場,整套系統(tǒng)的功率會更加穩(wěn)定。

若是由此將如意算盤全部打在風(fēng)能的身上,恐怕有點(diǎn)期望過高。因?yàn)榧幢闶亲睢奥斆鳌钡木W(wǎng)格系統(tǒng)還是有其局限性。據(jù)最樂觀的預(yù)測估計(jì),在2030年前,風(fēng)能可為我們的星球提供30%的電力,核能、水能、太陽能則是另一部分必要的補(bǔ)充能源。

但在另一方面,風(fēng)能發(fā)電所用渦輪機(jī)技術(shù)也正在迅猛發(fā)展,目前最新型的渦輪機(jī),已能生產(chǎn)出低于每千瓦時(shí)5美分的無污染電力。顯而易見,將風(fēng)電束之高閣而對越來越少的非可持續(xù)能源孜孜以求,實(shí)在不是明智之舉。

 




責(zé)任編輯: 中國能源網(wǎng)

標(biāo)簽:新能源 生物質(zhì) 清潔能源