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解開新能源的迷思

2010-08-03 09:38:54 科技網

清潔能源的道路無疑十分誘人,但機遇同時都與陷阱并存,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方向。

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

核電:談核變色為哪般

在發達國家,核電幾十年的發展歷史已使其成為一種成熟的能源。但近期的全美民意調查顯示,72%的受訪者對核電廠的事故隱患表示關注,一些輿論制造者也推動著這個恐懼的擴大。哥倫比亞大學地球研究所執行主任史蒂芬·科恩稱,這種所謂的核力量糅合了“危險、復雜與政治爭議”。

人類第一次人工核反應,當屬1919年盧瑟福使一些輕元素的原子核在被α粒子轟擊后發生了變化并發射出質子;到1945年第一顆原子彈的問世,標志著人類邁進了核時代;再到1954年,蘇聯建成了世界上第一座核電站——奧布寧斯克核電站。核電站發生的意外事故,按嚴重程度可以有一個很大的范圍,國際統一的認識標準將其分為七個等級,5級以上的事故需實施場外應急計劃。這種事故世界上共發生過3次:即前蘇聯切爾諾貝利事故、英國溫茨凱爾事故和美國三里島事故。

其實在人類踏入核時代的這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構報告提供的死亡數據)。但如今的世界核電技術水平已與1986年不可同日而語。切爾諾貝利核電站采用的反應堆沒有安全殼結構,在一些國家飽受詬病早已放棄。拿當時切爾諾貝利核電站的水準與一座現代化核電站相比,其差距等同于將第一次世界大戰的老飛機與F-18戰斗機作比。

現在,為減少最壞情況的發生,一些較先進的核電廠如美國愛達荷州國家實驗室(INL),包含有多個自動切斷機制,對于含有許多裂變產物和超鈾元素的乏燃料(即已在反應堆內燒過的、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,有錯覺認為這些常規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。然而統計數字卻顯示,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。煤電的亞致死效應也更大。曾任職于美國阿貢國家實驗室的核物理學家杰拉爾德·E·馬什指出:“一座燃煤發電廠的輻射量總數遠超過一座核電站,即便采用了輻射防護亦是如此。”而燃煤電廠產生的污染顆粒,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屬一次悲慘的實例。

美國愛達荷州國家實驗室副主任凱瑟琳·麥卡錫認為,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;而僅幾百個核設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重依賴。”現在,是時候洗掉核電行業“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,但現在,玉米乙醇已經失寵,纖維素乙醇日漸露出其生物燃料明星的姿態。然而,纖維素制乙醇,真的有傳說中那么完美嗎?

環保規定是促進乙醇燃料的關鍵杠桿。在美國,自2005年能源政策法案頒布,規定到2012年美國每年汽油消費的5%要來自乙醇這樣的再生燃料,并給予一定補貼,使得乙醇開始紅得發紫。在世界各地,由于將可食用作物轉化為燃料的技術是現成的,包括玉米在內的作物成為制造生物燃料最簡單可行的原料。一時間,玉米短缺,價格上漲,險些與民爭食。種種弊端也隨之展現,用在種植、收獲、運輸和提煉玉米上的能源,遠遠超過玉米能提煉出的能源,眾多的報告從多個角度對美國生產的玉米乙醇進行過研究,結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、更好或更廉價的新能源所取代。在玉米乙醇沒能兌現它所承諾的良好效率之時,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動汽車行駛;其次,纖維素生產乙醇靠的是秸稈、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;最后,以非糧原料或農業廢棄物為原料轉化,無疑比從玉米或甘蔗中提煉乙醇更合算且十分環保。大多數此類作物能夠在不適用作農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,還必須克服相當大的環境與財政方面的挑戰。盡管其可存在于廣袤的自然界中,但若想達到工業數量級的要求,得有極其龐大且源源不斷的纖維素供應,邊際土地顯然不夠用,還是會有大量土地“獻身”給乙醇燃料事業,此其一。

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

而且,由于纖維素的質地堅韌且多纖維,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酵糖,并進一步轉化為乙醇。這一過程是目前的關鍵技術,其耗用掉很多能量,且盡管多種催化酶一直在進行優化,但成本仍然奇高。

針對這份過高的投入,去年發表在《生物資源技術》雜志的報告稱,纖維素乙醇暫時還不是汽油的對手,除非原油價格每桶達到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“90美元”這一天到來之時,纖維素乙醇能略施身手,而這正是今天不斷進行研究的價值所在。

風能:但求好風憑借力

在多數人眼中,風能只是輔助能源,用它來發出的電并不很靠得住。因為要看天的臉色行事,發電能力的多寡取決于自然界,倏忽其來,倏忽其去,不可預測。

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流動,就是人類可加以利用的風。大量空氣流動所產生的動能很可觀,具體某處風能資源決定于風能密度和可利用的風能年累積小時數。據估算,全世界的風能總量約1300億千瓦。

如此巨大數字當然要讓它更加靠得住。現在,能源規劃人員已在制定策略,力求讓風力發電變得更加穩定,使人們知道真正使用上風電其實離我們并沒那么遙遠。

風忽起忽散,能量亦忽漲忽落,想把這種間歇性加以平衡,研究人員認為最好的辦法是將不同區域用計算機網格技術加以連接。據全球綠色建筑環境咨詢公司的執行合伙人喬治·凡霍森稱,他們建立了一個監測系統,可觀察風在不同區域的狀態,再利用數據、計算機模型、實用程序,將某一地區的多余風電分流到匱乏地區,就像對待常規電流與水流那樣。

這并非異想天開,而是得到科學支持的一項戰略性行動。斯坦福大學最近的研究發現,當許多風電場通過網格連接在一起時,產生的電力中約有三分之一的部分,可以作為提供24小時電力的可靠來源。而剩下的“不可靠”風力同樣大有用途,例如可為電動車充電或制造氫運輸燃料之用。

特拉華大學在今年春季發表的研究報告認為,一個連接著東海岸線風力發電機的近海區域網格系統,其可提供相對穩定的電力輸出達5年以上,且這期間電力并不會呈現漸漸變弱的趨勢。研究人員表示,美國東部風暴非常具有代表性的沿海岸線移動,如果能連接上海上風力發電場,整套系統的功率會更加穩定。

若是由此將如意算盤全部打在風能的身上,恐怕有點期望過高。因為即便是最“聰明”的網格系統還是有其局限性。據最樂觀的預測估計,在2030年前,風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充能源。

但在另一方面,風能發電所用渦輪機技術也正在迅猛發展,目前最新型的渦輪機,已能生產出低于每千瓦時5美分的無污染電力。顯而易見,將風電束之高閣而對越來越少的非可持續能源孜孜以求,實在不是明智之舉。

 




責任編輯: 中國能源網

標簽:新能源 生物質 清潔能源