隨著人類社會的不斷發(fā)展，礦物能源總會有被用完的一天，積極開發(fā)新能源是世界各國的共識。像生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能等清潔能源開發(fā)時都需要占用大量的土地和水資源，而這些資源是有限的。面對如此多樣的清潔能源，人類最終選擇長期開發(fā)哪一種？

可再生能源轉(zhuǎn)型經(jīng)常被形容為一個政治和經(jīng)濟(jì)的雙重挑戰(zhàn)，是一場需要調(diào)動大量投資、撼動化石燃料經(jīng)濟(jì)中既得利益群體的艱苦斗爭。但另外一個挑戰(zhàn)受到的關(guān)注則要少得多：我們是否有足夠的土地和水來支撐可再生能源的生產(chǎn)。

生物質(zhì)能、水能、風(fēng)能、太陽能和地?zé)崮芏夹枰加么罅康耐恋刭Y源和水資源，而這些都是有限的。對不同的可再生能源獲取方式及其所需要占用的土地和水量進(jìn)行更深入的觀察，可以發(fā)現(xiàn)哪些能源方式在長遠(yuǎn)上更加可行。

生物質(zhì)燃料的高昂代價

高度依賴化石能源，讓“能源短缺”成為威脅我們經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國家安全的一個心頭大患。可再生能源似乎可以解決這個問題，因為單是太陽輻射就已經(jīng)遠(yuǎn)超我們的需要。

實際上，太陽輻射加上從風(fēng)、水流、生物質(zhì)和地球內(nèi)部熱力獲取的能量似乎就可以為我們提供永不枯竭的能源。但不幸的是，這只是一種誤解，生物質(zhì)能的例子可以說明原因所在。

將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物燃料需要各種自然資源，包括肥沃的土地、水和能量。但是，目前能源密集型的農(nóng)業(yè)實踐導(dǎo)致所投入的能源不比所生產(chǎn)的生物燃料少多少。即便能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的能源凈收益，我們?nèi)匀恍枰度氪罅康耐恋睾退Y源。據(jù)我們估算，如果第一代生物乙醇代替全球交通運輸行業(yè)所用的化石燃料的10%，全球用水需求就會增加6-7%。

盡管我們所消耗的大部分水都被用來生產(chǎn)食品，但如果用生物燃料大規(guī)模替代化石燃料的話，未來能源生產(chǎn)會用掉更多的水。下一代以非食品作物、廢棄物或水藻為原料的生物燃料雖然會有一定改進(jìn)，但依然會得出相似的結(jié)論：生產(chǎn)生物燃料比我們消費等量的化石燃料需要更多的土地和水，而這已經(jīng)超出了可持續(xù)供應(yīng)量。而我們的土地和水足跡現(xiàn)在就已經(jīng)超過地球可負(fù)荷的水平。

這樣一來，能源短缺將變成土地和水資源短缺。

水電站的生態(tài)足跡

水力發(fā)電占世界供電總量的16%左右，通常被視為一種清潔的能源形式。但這并不意味著我們可以一味地增加水電，因為大壩會給河岸生態(tài)系統(tǒng)和社會帶來嚴(yán)重影響。

建新大壩常常很困難，因為修建水庫會導(dǎo)致另有用途的土地被淹沒。中國修三峽大壩時，動遷了100多萬人。水力發(fā)電也是一個耗水大戶，因為水庫會造成更大的蒸發(fā)，影響下游其他用途的可用水量。

其他形式的水力發(fā)電不需要修建大型水壩，它們依靠河水流動、海潮或河口的淡-海水鹽度變化來發(fā)電。但這些只能是小規(guī)模的(至少從全球角度來看)，而且由于此類能源的集中度較低，要將其集中起來成本高昂。

太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮?/p>

光伏和風(fēng)力發(fā)電單位能量的水足跡是化石燃料和核電的百分之一到十分之一，地?zé)岚l(fā)電也只有化石燃料的十分之一；然而集中式太陽能發(fā)電的水足跡與化石燃料相近，水力發(fā)電和生物質(zhì)能則達(dá)到100到1000倍。

從水資源短缺的角度來說，我們究竟應(yīng)該從化石燃料向生物能和水能，還是向太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮苻D(zhuǎn)化，真的非常重要。所謂的“綠色能源”發(fā)展方案卻包含著生物能和水電的大幅增長，按照這種方案發(fā)展的話，能源產(chǎn)業(yè)的水足跡將“突破天際”。

為了實現(xiàn)真正的綠色轉(zhuǎn)型，能源發(fā)展方案必須實現(xiàn)水足跡的不斷減小，因此其主要發(fā)展方向應(yīng)該是太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮堋?/p>

從燃料到電力

當(dāng)然，土地足跡同樣重要。太陽能比生物質(zhì)能更加高效，因為光伏板和集中式太陽能發(fā)電系統(tǒng)能比光合作用更有效地獲取入射太陽輻射，因此每平方米產(chǎn)生的能量就更多。盡管光合作用的主要優(yōu)勢是生產(chǎn)出的是可儲存能源，并且可以將其轉(zhuǎn)化為高能量密度的生物燃料，而光伏生產(chǎn)出的是不可儲存的電力。集中式太陽能發(fā)電系統(tǒng)也能利用熱儲能來儲存能量，但其最終產(chǎn)品仍然是電力，而非燃料。

除了利用有機(jī)物質(zhì)廢料，其他形式的生物能并不是替代化石燃料的可持續(xù)方式。所以，我們不得不接受未來能源經(jīng)濟(jì)將日益依賴電力的事實。這意味著電力輸送的重要性，也凸顯了電采暖的光明未來，至少在那些工業(yè)或地?zé)崮芏嘤酂崃繜o法解決采暖需求的地方。

這樣的變化帶來了新的挑戰(zhàn)：如何儲存能源，以及如何設(shè)計出能夠應(yīng)對電力供求巨大波動的電網(wǎng)。

太陽能、風(fēng)能和地?zé)崮茏屛覀冇锌赡芴嵘茉醋越o度，但相比我們在全球化的化石燃料經(jīng)濟(jì)的巨大規(guī)模，這些能源形式的規(guī)模小而分散。隨著我們?nèi)找鏀[脫化石燃料，衷心希望我們有足夠的智慧將投資注入那些真正可持續(xù)的解決方案，而不是將生物燃料如此高高置于政府政策的核心地位。經(jīng)濟(jì)的去碳化和降低水足跡可以是并行不悖的。