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后石油时代 发表评论(0) 编辑词条

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后石油时代:能源救星在哪里?编辑本段回目录

翻译:江天梦

简介

美国《发现杂志》2008年100篇最佳文章之首。到底哪种能源才是能源危机的救星?如果不是生物燃料,还有什么?说出来也许会让人大吃一惊:这个救星,并非液体燃料。严格地讲,连燃料也算不上,而且还不是谁也没听说过的新玩意儿。

(图)石油的依赖石油的依赖

     2008年,美国谷物酒精的总产量达90亿加仑,是2006年的两倍。于是,美国人开始幻想,这种可大量生产、有持续发展潜力的燃料将可以让他们的国家彻底结束对石油的依赖。然而,这个愿望却在2008年底破灭了。

     现实,让美国人猛醒。

     由于有联邦政府的慷慨补贴,谷物酒精显然属于代用燃料中的骄子。可是,最新科学研究表明,无论从经济学角度还是从环境保护角度看,使用谷物酒精的代价要比人们原来设想的大得多。由于粮食价格迅速攀升,谷物酒精不但加大了家庭开支的压力,更加大了全球粮食供给的压力。加上石油价格的狂跌,酒精在能源市场上的竞争力明显不足。

     在美国,运输行业的用油量约占全国能源总消耗量的28%。随着石油储量的直线下降,等待大家的必然是石油的严重短缺和油价的剧烈变动。到底用什么来取代石油?这个问题显然是人类在这个时代最棘手、但又不得不解决的科技难题。

     除了酒精,当然还有其他生物油料可以考虑,可这些油料都各有缺陷。在美国,第一座能把藻类变成燃油的实验设施就要开始运行了,可毕竟远水解不了近渴——要达到大量生产的水平,起码还得再过几十年。可用来酿造酒精的粗纤维原料,例如美洲柳枝稷(switchgrass),虽然不是食用作物,但相关技术还只是停留在实验室阶段。还有很多其他办法,可都要挤占大面积的粮食用地。

     到底哪种能源才是人类的救星?如果排除了生物燃料,还有什么?说出来也许会让人大吃一惊:这个救星,并非液体燃料。严格地讲,连燃料也算不上,而且还不是谁也没听说过的新玩意儿。

     这个答案,就是——电!可电怎么解决问题呢?那就是新型电动汽车。

     新型的电动汽车,无论是创意还是技术水平,都是人类的一个伟大创举。就拿最先进、技术含量最高的蓄电池来说,其蓄电量还是很有限的。而可以直接充电的混合动力车(PHEV),既能用电,也能用油,就完全能够突破单纯用蓄电池的极限。马上就要下线的雪佛兰伏特(Volt)汽车,即便只是用电,就能行走40英里。超出这个范围的时候,燃油发动机可以自动接续,同时给车的自载电池充电。如果平时出行距离不远,能在家里定期给车充电,那就完全用不着加油了。

     那些不能直接充电、但可以油电两用的混合动力车,则代表着目前汽车技术的主流。去年丰田普锐斯混合动力版的总销量达18万辆。据报道,该公司也在开发普锐斯PHEV版。与此同时,几乎每家汽车厂商都在着力开发新一代电动车,既有混合动力的,也有完全用蓄电池供电的。

     现在的问题是,电动车能否尽快进入市场?而用户能否在非用电高峰期给汽车快速充电?据2008年的一份研究报告提供的数据,如果直接充电型电动车的充电强度平均为120伏/15安,那么美国现有电网的供电能力可以让5000万辆这样的汽车同时充电。而从目前情况看,到2030年,5000万辆就相当于美国汽车总数的四分之一。但是,如果同样数量的汽车在下午5点同时使用240伏/30安的充电方式,那么美国电网负荷就得额外扩增160万千瓦,相当于还需要再建160座发电厂。实际上,最大的问题不在于基础设施的建设,而是人们的用车习惯和期望值的转变。

(图)美洲柳枝稷美洲柳枝稷

(美洲柳枝稷(switchgrass)  来源:wikipedia)

     当然,这么多千兆瓦的用电量,总得想办法发出来才行。在美国,能想到的办法常常就是一种东西——煤。美国有49%的电就是煤变来的,而风力、太阳能和水力等再生能源,目前全部加起来只占区区的8.5%。

     可是,不管怎样,电,毕竟让我们想到更多可以打开的能源大门,比如核电和可再生的天然气资源等等。今后无论什么东西,只要能变成电,那么等待它们的游戏规则就都是公平的。

    实际上,目前用于开发生物燃油的植物生物量,如果用来发电的话,利用率则高很多。在把植物体转变成液体燃料的工艺过程中,仅仅是原料加工环节所要耗费的能量就相当于原料蕴含能量的一半。可是如果直接把植物生物量拿来燃烧发电,然后再给汽车充电,那么能量的转换效率就要高得多。这首先是因为在发电过程中能量的浪费本来就少,而且电能发动机把能量转变成向前运动的效率可达到75%,而汽油发动机的转换率则只有20%。

     新一代的零排放太阳能光伏电板技术,也使用电的好处更加不言而喻。今年三月,美国能源部下属的国家再生能源研究室已公布了一款太阳能光伏电池薄膜,其光电转换率已达到19.9%,比目前光电行业12%的平均效率提高了近70%。而风能也就变成一个很有前景的洁净能源了。美国能源部2008年的研究报告预计,到2030年,美国总用电量的20%将由风力提供。

     迄今为止,直接充电式汽车,还有所有类型的电动汽车的好处,基本上还只是理论王国里的宠儿。但是,雪佛兰伏特计划2010年上市,PHEV版的丰田普锐斯也将在差不多的时候横空出世,而尼桑也在五月份宣布,2010年将把完全用电做动力的一款新车推向美国商用汽车市场。如此说来,理论王国很快就要变成现实王国了。

     把运输行业变成一个用电行业,只要修改一下游戏规则就可以了。现在可不是说效率可提高10~15%的问题,而是指数级增长的问题。以雪佛兰伏特为例,相当于一加仑可以走100英里(约等于42.6公里/升)。

     鉴于过去的教训,这种说法也许有言过其实之嫌。可是,我们也知道,我们已经拥有能够重塑运输业风景线的先进技术了。这样的一堂课,在今后的几十年里,知音听众还将源源不断。(江天梦 编译自discovermagazine)

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