每年，全世界會(huì)用掉 350 億桶原油，這種對化石燃料的大規(guī)模依賴會(huì)污染我們的地球，據(jù)科學(xué)家估計(jì)人類已經(jīng)使用了大約世界總油量的百分之四十，如果以這個(gè)速度持續(xù)下去，我們將在大約 50 年后用盡地球上所有的油和氣，在一個(gè)世紀(jì)后用盡所有的煤炭。另一方面，我們擁有充足的陽光、水和風(fēng)，這些都是可再生能源，如果我們可以把對化石燃料的依賴轉(zhuǎn)換成只依靠可再生能源的方式會(huì)發(fā)生什么呢?
幾十年來，我們一直在思考這個(gè)問題，然而，可再生能源仍只能滿足我們對能源需求大約百分之十三左右。因?yàn)橐_(dá)到百分之百的利用率，可再生能源需要更廉價(jià)，而且要容易得到，這是項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。全球能源使用是一個(gè)多樣而且復(fù)雜的系統(tǒng)，并且不同的需求需要個(gè)性化的解決方式，為了簡化問題，我們將集中于日常生活中最常用的兩類能源：電能和液體燃料。電能為高爐、電梯還有所有企業(yè)和制造業(yè)提供所需的能量。同時(shí)，液體燃料也起到了關(guān)鍵的作用，它幾乎主宰著所有方式交通工具的運(yùn)行。
讓我們先來分析電能，目前我們的技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了可以捕獲從可再生資源那里得到的能量，而且這種供給資源十分充足，太陽持續(xù)放射大約 173 萬億瓦特太陽能到地球，這是我們目前所需能量的大約1 萬倍。據(jù)估計(jì)，幾十萬公里的地球表面應(yīng)該足夠提供我們?nèi)祟惸壳笆褂盟降哪芰抗┙o，那為什么我們不去獲取太陽能呢?因?yàn)橛衅渌璧K，例如產(chǎn)能效率和能源運(yùn)輸。為了產(chǎn)能效率最大化，太陽能發(fā)電廠必須建在長年有充足陽光的地區(qū)，例如沙漠，但是那些地區(qū)離能量需求高的人口密集地區(qū)卻很遠(yuǎn)。
我們還有其他可再生資源值得考慮，例如水力發(fā)電，地?zé)岚l(fā)電和生物發(fā)電，但是它們同樣具有地域限制。原則上講，一個(gè)相連的電能網(wǎng)絡(luò)通過全球縱橫交錯(cuò)的電線連接，可以讓我們把電能從發(fā)電廠運(yùn)輸?shù)接秒姷牡胤?，但是建造這種規(guī)模龐大的系統(tǒng)需要支出的費(fèi)用是個(gè)天文數(shù)字。當(dāng)然我們可以通過發(fā)展高科技來降低成本，以更有效率地捕獲能源。
同時(shí)，運(yùn)輸能源需要的基礎(chǔ)設(shè)施也不得不發(fā)生巨大的改變，目前的電線會(huì)損失百分之六到八的電能，這是因?yàn)殡娋€材料會(huì)通過電阻消耗能量，電線越長意味著消耗的能量越多。而超導(dǎo)體將是一種可能的解決方案，這種材料可以在沒有能量耗散的情況下運(yùn)輸電能。不幸的是，它們只能在低溫環(huán)境下工作，這就需要額外的能量來控制溫度，結(jié)果適得其反。為了在這個(gè)技術(shù)上獲益，我們將需要研發(fā)可以在室溫下工作的新型超導(dǎo)體材料。
那基于石油的重要液體燃料怎么樣呢?它的科學(xué)挑戰(zhàn)是把可再生能源以容易運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)行儲(chǔ)存。近來，我們已經(jīng)在生產(chǎn)鋰離子電池方面大有進(jìn)步，它很輕而且擁有高密度能量，但即使是最好的鋰離子電池，其每千克儲(chǔ)存的能量也只有 2.5 兆焦耳，相比一千克的石油提供的能量要低上大約 20 倍。如果要提升鋰電池的競爭力，那必須使其儲(chǔ)存更多的能量，而且不增加成本。隨著載體變大，挑戰(zhàn)也就越大，例如：船只和飛機(jī)。給一架噴氣式飛機(jī)提供橫跨大西洋飛行的能量，我們需要一個(gè)重約 1000 噸的電池，這個(gè)問題也需要技術(shù)上的創(chuàng)新來解決，使新型電池?fù)碛懈叩哪芰棵芏群透玫膬?chǔ)存方式。
一個(gè)很有前景的解決方式也許是高效地把太陽能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，這已經(jīng)在某些實(shí)驗(yàn)室里開始了，但效率仍然太低，遠(yuǎn)不能滿足市場需求。要找到更高效的解決方式，我們需要不斷創(chuàng)新以及強(qiáng)大的激勵(lì)政策。人類向全部可再生資源轉(zhuǎn)移是一個(gè)復(fù)雜的問題，它涉及到技術(shù)，經(jīng)濟(jì)和政治，但我們應(yīng)該保持樂觀心態(tài)，并相信我們是可以做到的，因?yàn)槟壳笆澜珥敿壙茖W(xué)家們正在尋找解決這些問題的方式而且一直在取得突破，許多政府和企業(yè)也正在進(jìn)行技術(shù)投資，力求為我們創(chuàng)造源源不斷的新能源。
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