朱头山
无意邀众赏，一心追残阳
随着特朗普的重新上台，和各国反减碳的势头的增长，绿色事业将面临极大的挑战。人类在面对远虑近忧的选择时，通常更倾向于去解决近忧。就算地球突破了碳含量极限，走向不可逆的灭绝人类的路程，那也是短则100年，长则200年的过程，现世的人没人能活到地球末日的那一天；而如果石油汽车工业没活干，相关行业的选民就要拒绝投票给“绿党”，在选票和人类命运之间，政客的选择是很容易作出的。
相比之下，有无限任期的独裁政权，可能更容易作出有利于长期考虑的决定。在美国决定退出绿色事业的当头，中国没有任何退出的意愿，而是将此作为自己能增强国际地位和世界影响力的机会，同时，这样做也可能让中国居有世界价值链的顶端， 在经济上坐稳世界霸权的头号交椅！
在历史上，谁控制主要的能源，就决定了谁是压倒性的霸主。英国控制了煤，美国控制了石油， 从经济上决定了它们的霸权。这里的控制，不仅包括资源本身，还有如何生产，利用这些能源的技术。未来一定属于绿色能源。如同煤和石油，下一个控制了绿色能源的国家，有极大可能成为下一个世界霸主。相比之下，芯片的重要性要差很多。迄今为止，在绿色能源方面，美国差中国很多。
电是绿色能源的核心，但其本身不是能源，而只是能源利用方式， 因此这里要谈的是各种绿色的发电方式。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。核电和水电是目前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。特别就规模而言，现在中国的年发电量约为10万亿度， 预计到2050年将达30万亿度，水电和核能都没这个潜能在替代了化石燃料后还能产生这个增量，核电只能沿海而建，中国的海边已经布满已建和在建的核电站了。就算像美国那样回到化石燃料，加上化石燃料（煤，天然气）也没这个潜能。未来这些增量只能来自于风光发电！
风光发电需要面积，在城市，就算把所有屋顶都铺上光伏板，其面积也是有限的，按现在光伏板的发电效率，一家的屋顶的发电量都不够自己用的。在郊外，土地需要用于农业和其它用途，将大面积的土地用于风光发电是不现实的。
沙漠似乎是个理想的发电场所。那儿通常日照丰富，风也很大，土地没什么其它用途，几乎免费。对中国而言，这种荒漠土地（沙漠，戈壁）有70万平方公里，居估算，1万平方公里就能年发电1万亿度，30万亿度只需要30万平方公里，还不到中国全部荒漠土地的一半呢。如果沙漠能利用起来，光是光伏一项，就能理论上满足中国的能量需求，更别说还有效率更高的风能，热光能（利用太阳镜面集热发电）。
中国改造沙漠已经干了40年，最近因为光伏技术的发展，这种活动加速了。光伏意外地有助于沙漠改造，因为光伏板的遮盖，减少了地面的蒸发，而光伏板又是个理想的冷凝界面，可以在夜间产生积水。中国很多沙漠，如塔克拉玛干，有丰富的地下水，有了光电的驱动，可以将地下水抽出浇灌土地，这些都有助于沙漠的绿洲化。最近，中国实现了对33万平方公里的塔克拉玛干沙漠的合龙，就是在其周围建成了防护带，阻止了其进一步扩张，同时建立了深入沙漠的公路，也开始分区块建设大型风光发电田。现在中国的光伏板面临西方的反倾销，也刚好投入到沙漠光田的建设，也算是一种基础设施的投入吧。假以时日，中国如果依靠沙漠，建设成能量基地，那是具有战略性意义的。如果能附带着将这些本来无用有害的沙漠，建成了良田，对改善中国的粮食安全，也是意义重大的！
但这里有个问题，中国的沙漠多在西北部，而用电中心在东部，距离在千里以上。电的唯一传输方式是通过输电线路，还得是特高压直流线路，虽然中国在这方面的技术很高，但成本是明摆着的。另外，风光电还有个致命缺陷，就是其波动性，不但时有时无，还时高时低，其电压，电流，振幅和频率急剧变化，无法直接输入电网。因此，还需要储能调制的技术支持。
大规模的光伏，风电场，调制更加复杂。最理想的是和一个抽水电站耦合，有电时发出的一部分电把水抽到高处，无电时放水发电输出，水电是比较稳定的电源。但抽水电站需要特殊的地理条件，建设成本也很高，还破坏环境。其它的储电选择，如压缩空气，飞轮，重力柱，各种化学电池，都各有利弊。其中最好的是锂电池，但缺点是锂元素是比较稀缺的资源，目前多用在汽车等动力电池上，用在大规模储电，太可惜了，没有可持续性。如果没有强大的储能装置，一旦绿电断供，需要其它供电方式接手。最理想的是天然气电厂，可以无缝联接，但天然气比较昂贵，中国最常用煤电。而煤电需要至少保持30%的发电状态，才能在绿电断供时接手。核电无法担当这个任务。而维持大量的煤电，对环境和减碳是不利的。
因此，有人提出，何不利用沙漠绿电制造氢气，氢气是化石燃料的理想的替代品，化燃能干的事它都能干。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。氢气还是高效的还原剂，能在炼钢业中取代碳， 那可是占总碳排17%的大户啊！
电制氢目前成熟的工艺是电解法，需要较高的能量制成含能较低的氢气，一般认为是不合算的。但考虑到沙漠绿电如果不用掉，就只能浪费掉，现在弃电率有的地区已达30%。这好比一个优秀男人的珍贵的精液，没法找到一个受主来生孩子，那就是一钱不值。将那些本来一钱不值的弃电拿来制氢，属于废物利用，成本等于免费。因此，绿电制氢，然后将氢气运送到使用地点，这是个很好的思路。
但是，氢气的储存和运输有很大的难题需要解决。微小的氢分子可以穿过微小的缝隙，因此设计用于包容甲烷的结构（例如管道、接头、锅炉和炊具）以及用于储存天然气的设施（例如储罐或地质构造（盐穴或耗尽的天然气田））会让氢分子逸出，而甲烷分子则不会。合成液氢的代价太高，只有在航天上使用，有经济价值的储存方式是高压气体，这样就需要很大的体积。以满足同样规模的汽油车加油建立一座加氢站，标准面积就得有三亩地，这在寸土寸金的大城市是不现实的。而如果没有大量的加氢站，也影响氢动力车的普及。
氢也很难移动。为了让气体通过管道移动，必须使用压缩机将其压缩并推动。这个过程需要能量：将氢通过管道移动的损失是甲烷的十倍：高达30%。换句话说，你需要用掉近三分之一的气体来将其从A点运输到B点。氢还会导致管道和储存设备中的金属变脆，导致材料退化和潜在的安全问题。特殊材料或涂层可以缓解这些影响，但它们会给本来就复杂而昂贵的系统增加进一步的复杂性和成本。
事实上，所有这些都很昂贵。氢储存基础设施尚不存在，生产设施也大多不存在，而且建造它们将耗费数十亿英镑。然后，储存氢的基本成本可能至少是储存甲烷成本的四倍。由于氢的基本属性，每个阶段都会损失大量能量。
针对氢气储存和运输的难题，又有一个思路出现了，能否把氢气转变为易于运输和储存的物质。众所周知的费托合成（Fischer–Tropsch process）是将合成气（CO+H2）在催化剂和适当条件下合成以液态的烴或碳氢化合物（hydrocarbon）的工艺过程。
费托合成的化学方程式如下：
(2n + 1) H2 + n CO → CnH(2n+2) + n H2O
费托合成工艺可以生成多种液体燃料，包括汽油、柴油、煤油、润滑油等。费托合成的催化剂主要有铁基、钴基和镍基催化剂。其中，铁基催化剂是最常用的催化剂，具有成本低、反应活性高等优点。费托合成的反应条件为高温、高压，通常在 150-300 ℃、15-30 MPa 下进行。这个方法，在二战中为缺乏石油的轴心国国家广泛使用，以生产战争所需的燃油。中国现在也有很多煤制油的工厂，因为中国贫油，但煤资源很丰富。
氢气来自沙漠绿电电解水，CO来自空气中的CO2, 至于费托合成所需要的高温高热，都来自于冗余的绿电，因此成本是可以接受的。这些合成物燃烧后也会排碳，但这个碳是制成时吸收的，因此可以认为碳是中和的。为什么不合成既有的燃料，如汽油，柴油呢？这里有个商业的理由，因为合成的肯定价格更高，而市场上存在化石燃料来源的同类燃料时，如果共存，有人就会用化石燃料来源的冒充合成的，造成劣币驱逐良币效用。最后，大家都同意选择合成甲醇， 理由是：甲醇只含一个碳原子，排碳低；甲醇的燃点高达420度，在室温成液态，易于运输和储存，甲醇可以利用现有的石油基础设施进行运输和储存，无需进行大规模的改造。；甲醇的能量密度较高，作为燃料可以实现高效的能量转换；市场上其它来源的甲醇不多（不同于乙醇）。
沙漠绿电，通过就近的工厂制成甲醇，被运输到各地。甲醇可以作为内燃机燃料，供暖，发电燃料，也可以通过重整产生氢气，按上述方法为各种应用提供能量或原料。
甲醇与水蒸气在高温高压下，通过催化剂作用发生反应，生成氢气、一氧化碳和二氧化碳。这个过程可以分为两步：
甲醇裂解： CH3OH + 热 → CO + 2H2
水煤气变换反应： CO + H2O → CO2 + H2
总反应式可以表示为： CH3OH + H2O → CO2 + 3H2
以沙漠作为绿电的生产基地，以甲醇作为能量媒介，是未来绿色能源的基本架构。如果中国能成功建立这个体系，那就为中国成为未来霸权奠定了经济技术基础。等热衷于选票的美国回过神来，可能赤脚也赶不上了！
这个方法的最大缺陷，是把碳从地下煤矿石（无温室效应）最终转移到空气（开始发挥温室效应），会使大气层里的二氧化碳净增。
而“藻类 → 甲醇 → 发电”，是把碳从空气里（通用藻类和阳光）吸进来，变成燃油，再燃烧回到空气，不会使大气层里的二氧化碳净增。（煤继续留在地底下）
80 倍是否准确？
美国环保局（EPA）网站说甲烷的温室气体效应是 CO2 的 28 倍。
https://www.epa.gov/gmi/importance-methane
“Methane is more than 28 times as potent as carbon dioxide at trapping heat in the atmosphere.”
但即使是 28 倍，博主提到的甲烷运输中泄露对气候变暖的严重后果还是值得考虑。
所以，我下面留言关于 “藻类 → 甲烷 → 发电” 的道路确实是不可取。
但是，我的藻类提取燃油的想法和博主对甲醇的想法结合起来，以下道路似乎是可行的。
“藻类 → 甲醇 → 发电”
我在 Google 输入 “algae convert to Methanol”。
AI 给出以下答复：
Yes, algae can be converted into methanol through gasification.
直接空气捕获 来源广泛，负碳排放 能耗高，成本高，效率低
利用工业过程产生的CO2 浓度高，效率高 需要改造工艺，可能含有杂质
谢谢你的问题，我也不是专业人员，只是从网上寻找答案。沙漠的成因主要是降水少，蒸发快，但附近或地下有水很常见，只要有电，可以从附近或地下取水或咸水淡化。空气中有取之不竭的CO2， 只要有电，来源不是问题。这个方案的核心是， 沙漠绿电是足够的，只要低于输电的成本，都是可以接受的方案。
有沙漠的地方可以认为有风能和太阳能，但是一般的都缺水，更缺二氧化碳。所以合成甲醇那是三缺一。
西部沙漠地区本来就缺水，还把它制成氢气/甲醇输送到东部地区，……。
西部沙漠地区也缺二氧化碳。燃煤电厂排放的烟气中的二氧化碳浓度是15%左右，燃天然气的电厂排放的烟气中的二氧化碳是10%，而一般的空气中的呢？只有0.43%。
从烟气中分离/富集/纯化二氧化碳都不太经济，那么从空气中哪！
藻类可以用来提取甲烷。
甲烷可以用来发电。
Methane, the main constituent of natural gas, can be produced from algae by various methods。
World electricity generation by source:
Natural gas：23%
还有另一个绿色能源，博主也许可以研究：养殖藻类，以提取燃油（Algae fuel）。
养殖藻类以提取燃油有很多好处：
只需要阳光和空气中的二氧化碳。在成长过程中，吸收了空气中的二氧化碳。有助于减慢全球变暖。
不需要土壤。
只需要占全美国不到 1％ 的土地，就足够全美国使用。
效率极高。藻类体积的 60% 能转换成油料。而大豆体积只有 3% 能转换成油料。
现在可能主要是研究怎么能把成本降下来，如水缸、提炼技术的成本，等等。
这个维基百科网页有介绍：
https://en.wikipedia.org/wiki/Algae_fuel
藻类也可以用来提取食用油。
不知道博主有没有经过三年困难时期？粮食不够时候，有人用玻璃容器养小球藻，只需阳光、水、空气，小球藻自己就能生长，放在菜里，可以给人补充营养。
藻类含 Omega-3 油。现在营养品商店里可以看到从藻类提取的 Omega-3 油的胶囊。