谈谈绿色能源

绿色能源，已经成了世界性的话题。美国总统辩论中谈，中国也在联合国大会上谈，各国的政治辩论都在谈。

昨天在网上看了一个不起眼的视频，觉得其说法是迄今为止我听到过的各种有关绿色能源的信息中，最有说服力的。在此以这个视频为基础，结合自己的理解，谈谈我对绿色能源的理解。

地球上的能源大多数来自太阳。工业革命前，能源的主要转化方式，是食物里的碳水化合物在人和牲畜体内氧化，变成二氧化碳和水同时产生能量，能量驱动人和牲畜劳动。

瓦特的改良蒸汽机发明后，劳动的任务，是通过膨胀的高压气体驱动机器来完成的。产生膨胀气体的方法主要有两种，烧开水产生水蒸气，以及燃料遇到氧气迅速燃烧气化，分别叫做蒸汽机和内燃机。经过不断的探索，化石类燃料成了主流，主要有固体形式存在的煤，气体的天然气和液体的石油。这三种形式各有其优缺点，也可以互相转化。煤和天然气可以通过一氧化碳和氢气通过费托反应等方式转变成石油。

1870年后发明了电力，成为另一种驱动方式。电和高压气体一样，不是能源，而只是能源利用方式。

化石类燃料会产生环境问题，包括空气污染，破坏环境和气候转暖三方面。其中，气候转暖将直接危及人类的生存，科学家定论，如不在本世纪中叶达到碳中和（碳排和碳吸收相等），则人类必然在100年内灭绝。

一度将可再生生物燃料归类于绿色能源。这类燃料，就是通过将植物，包括庄稼废料，直接燃烧或间接转化为液体燃料，如酒精等。但这些燃料照样会产生三类环境问题，其性价比还比不上化石燃料，这不是一个根本的解决方法。

公认的绿色能源有，太阳能，风能，水电，核电，地热，潮汐/渗透压/海浪等。核电和水电是最广泛使用的绿色能源，但各有其它问题，不被推崇。目前公认最有可行性的还是太阳能和风能。核聚变技术，和有效的潮汐/渗透压/海浪能技术，是未来根本性解决对化石燃料依赖的方向，但现在还不可行或没有经济可行性。

太阳能和风能发电，有一个最大的问题就是无法保持其稳定供电。太阳下山了就没电了，没风了也没电了，解决的方法有以下几种：

1，建立智能能源互联网。将很广地域内的风电，光电站联网，东边不亮西边亮，南边无风北边风，来解决稳定供电的问题。

2，建立储存电力装置，小规模的可以用电池，大规模的可以用储水式水库和其它势能储存器。用高盐溶液储热也是一种方法。

3，能量转化。可以电解水产生氢气储藏，也可以用电还原二氧化碳变成一氧化碳等化工原料，达到降碳作用。甚至夏天将电来制冰，冬天烧水达到节能作用。

光是能量需求一项，那些绿色能源满打满算，也无法到本世纪中完全取代化石燃料。而且，除了供能，在化工，炼钢，混凝土等行业，都会产生大量的碳排，因此，碳俘获技术，也是实现碳中和不可或缺的一环。

碳俘获技术，包括碳的俘获，运输和储存三部。常见的技术，一是化学方法，例如通过加入CaO,能将CO2 转变为CaCO2, 那就是水泥的原材料。将俘获形成的CaCO2制成水泥，碳就被封存在建筑物中。还有电还原技术，将CO2还原为CO和H2, 可以进一步制成人工石油原料。碳俘获能俘获高达85-90%的工业生产中排出的CO2。但是，碳俘获通常需要大量的能耗，比如在煤发电过程中增加了碳俘获过程，发同样的电就需要使用更多的煤，这也是个得失参半的问题。

因此碳俘获技术的解决方案，一是用绿色能源来提供碳俘获所需要的能量，二是提高碳俘获的效率从而降低其能耗，尽可能地降低净碳排。

除了考虑能量来源，还得考虑能源利用技术。现代碳排大户是运输，其中电动汽车的技术已经成熟，但电动大型轮船和飞机的技术尚未成熟，或根本没有。远洋航运和空运，占总碳排的25%，而且随着经济的发展，其比例还不断上升，依目前技术还很难解决。

目前最有可能的技术途径是氢能方案。氢氧反应，可以以燃料电池变成电能，也能以燃烧方式变成热能，内燃动能。燃料电池技术已经发展得不错，在大型轮船，卡车上都可以使用，只要携带足够的氢气，就可进行越洋的航行，现在的问题要是进一步提高燃料电池的效率。

氢气的燃烧能力也可用于取代供暖的天然气，煤气和木材等，从而降低碳排。用电加热的效率，不如直接燃烧的加热效率高。

氢气的内燃功能和汽油类似，能量值更高，理论上现有的汽油机，都可以直接燃用氢气。而飞机的发动机，经过一定的改装，也可以直接使用氢气。技术的难题在于储氢方面，液化氢气的温度达到接近绝对零度，高压氢气的储存，在飞机上有一定难度，而且会影响飞机的配重。其次，氢气目前低成本的生产方法依赖煤或天然气，会排碳，而电解氢的成本太高，有赖于太阳能产氢技术的突破性发展，从而以低成本提供大量绿色氢。

总之，要完成减少碳排的历史性目标，除了绿色能源，别忘了碳俘获和氢能技术的发展，没有它们，碳中和的任务依然是无法实现的。因此，加强在这两个最有希望的技术领域的投入，是刻不容缓的。

据2017年的一份统计，风能和光能占总发电比已经接近20%，这很令人鼓舞。但要到2050年达到碳中和，人类离这个目标还很远，除了需要在技术上加紧开发研究，还需要在政治上，组织上出现根本性的改变。川普当局退出巴黎协定，是一个很不好的征兆，说明短视的政治可能压倒远见。

英国政府的绿色革命计划旨在使英国到2050年实现净零排放的目标。它包括10大方面的投资支持。这大致包括以上提到的方面：

海上风力：
氢能源：
核电站建设：

电动汽车：
公共交通、骑自行车和步行：
绿色航空和海运科研：
住宅和公共建筑新能源：
碳排放捕获：
保护大自然和种树：
创新与绿色金融。

总而言之，要将绿色能源布满全球，依然任重而道远！

 

 

 

 

[嘎德]

还有潮汐是来自月球，也和太阳无关。

[嘎德]

“ 地球上的能源归根结底都来自太阳。”

这句话有问题，后面提到的核电，地热都不来自太阳。