科学家纵论能源和环境

在“人类的和谐与发展”的永久性主题之下，“2007年诺贝尔获得者北京论坛”的主题为“能源与环境”。与会世界各国的科学家们就能源与环境问题提出了他们的见解与设想。

　　本刊记者将他们的发言整理成篇，以飨读者。

　　

　　给地球涂上“防晒霜”

　　

　　全球变暖现在已是一个不争的事实：在过去的半个世纪当中，世界上几乎所有地方的气温都有所上升；喜马拉雅山的冰川每年正以10～15米的速度消融；而北极冰层在过去近30年中消融了约22％。全球变暖到底是好事还是坏事呢?对一个农民来说，如果农作物的生长期增加了十几天，这对他来说应该是好事，但是对于居于海平面附近的国家的人来说，则可能使他们面临灭顶之灾。

　　如果人类不加限制地继续排放出大量的二氧化碳，温室气体会对全球变暖产生什么样的影响呢?两位美国科学家认为，在本世纪全球气温将升高3℃——这是一个全球气候敏感度中间值。对于平均海平面来说，气温上升3℃就会有25±10米的反应，也就是说海平面在未来100年会增长25±10米的程度。仅在印度、斯里兰卡等地，就会影响到1.46亿人口，美国也会有4700万人受到影响。

　　我们能不能规避气候变化带来的这些风险取决于我们对全球变暖采取什么样的应对策略。当然根本的原则是要减少二氧化碳和其他温室气体的排放，另外还要设法“捕捉”大气中的二氧化碳。除此之外，科学家还提出了各种各样的想法。比如，减少地球表面所接收的阳光，这可以通过控制太阳的亮度或者控制地球对于阳光的反射来实现，科学家形象地将其比喻成要给地球涂上一层“防晒霜”。听起来似乎有些异想天开，但并不是不可能完成的任务，只是现在成本还太高。美国西雅图的一家公司就在尝试把气球放在平流层，让它们释放二氧化硫，其颗粒通过反射作用阻挡部分阳光的热量，而且二氧化硫不会像二氧化碳那样在大气层中长期停留。类似的还有，在沙漠上覆盖反射膜，或用白色塑料制品做成岛屿漂浮在海面上，以反射更多阳光，甚至给地球打一把巨大的遮阳伞……实际上，早在上世纪60年代科学家们就在尝试了。

　　总之，我们已经拥有了足够的科学技术来减少全球变暖带来的威胁，关键看我们有没有意愿和决心去做。全球变暖是一个全球性的问题，它关乎我们每一个人。

　　

　　捕捉二氧化碳

　　

　　加拿大由于其地域广阔，气候寒冷，因而成为世界上人均能源消耗最多的国家。在释放的所有的温室气体中，有77％是二氧化碳，12％是甲烷，10％是二氧化氮，还有一些其他温室气体组分。

　　目前条件下，完全通过减少需求、节约能源消耗来实现二氧化碳减排是不现实的，离再生能源的大规模普及使用也还有一定距离，所以现在可行的方式应该是设法捕捉和封存二氧化碳，防止其释放到大气当中。

　　如果进行二氧化碳捕捉和封存，70％的成本要花在浓缩=氧化碳上，而一旦能够实现二氧化碳的顺利浓缩，其后的步骤则相对容易。因此，如何尽可能地浓缩更高纯度的二氧化碳便是个大问题。

　　石灰石和白云石是自然界大量存在的钙基材料。高温加热时，石灰石和白云石会释放出二氧化碳，如果加热温度不够高时，所产生的石灰可以被碳化而重新捕获=氧化碳。因此，钙基吸附剂可用于在较低温度条件下捕捉二氧化碳，并在吸附剂再生器中释放出纯度较高的二氧化碳。

　　这个概念听起来简单，但实际上，在循环煅烧和碳化的过程中，吸附剂的钙使用效率将严重下降。因此，科学家正在研究钙基吸附剂分离二氧化碳过程中导致可逆性损失的原因、硫在反应过程中的作用、吸附剂选取、吸附剂性能的改进及吸附剂寿命等问题。

　　石灰石等钙基材料除了可以在较低温度条件下产生作用，从而节约能源消耗外，成本低廉是它的优点之一。吸附二氧化碳的石灰石可以进行填埋封存，或者用于石油的回收或者是进行光合作用。

　　

　　应对2050年能源危机

　　

　　科学家预测，世界石油和天然气的产量会在2050年达到一个顶峰。当油气产量达到顶峰的时候，也是它开始下降的时候。对于能源的需求，特别是对于中国、印度以及其他发展中国家来说，能源需求还会继续上涨。除非我们现在就做好准备，否则2050年就会不可避免地发生能源供应的危机。

　　科学家提醒人们关注煤和铀这两种东西，它们将在能源的近期、中期过渡过程中发挥重要作用。

　　现在全球约有450个核电站，平均每个国家有两个核电站。如果要想在全球范围内使核能能够替代油气资源，现在的这个数字是远远不够的。也许到了本世纪中我们需要的是一万甚至两万个核反应堆。但是，这也需要人类有足够的智慧来处理这样一种状况，也就是说核能的和平以及安全应用，而不是被恐怖分子或野心家用于制造核武器。发展核能可以作为未来100年到150年能源发展的一个桥梁。如果核能被大量使用，地球上铀的储备大概可以持续200年左右。在此之后，太阳能、风能、地热能等可再生的能源将足以能够替代核能的位置。

　　与对待核能的态度一样，人们对于煤炭也抱着怀疑的态度。的确，煤的燃烧在一定程度上加剧了全球气候变暖，处理不好还会造成环境污染。今年内，中国很有可能超过美国，成为对全球变暖造成影响最大的一个国家，当然，中国人均能源消费还是比美国低得多。因为中国经济的规模，特别是中国很大程度上依赖于煤炭，才使中国成为影响全球气候变暖的一个重要因素。

　　如何缓解煤炭使用带来的负面效应呢?前面提到了捕捉和封存二氧化碳。这的确是我们现在能够采用的最好的方式了，也是今后5-10年内一个非常重要的发展项目。从燃烧煤炭的火电站捕捉二氧化碳，把它存储在地球的深处，而不让其释放到大气当中。中国、俄国、美国、德国等国如果从地质条件上进行研究的话，都可以发现安全存储地点的。除此之外便是资金的投入了，因为现在的成本还是比较高的。

　　

　　发挥太阳的威力

　　

　　可再生能源一直是人们关注的焦点，而太阳能又是其中重中之重。科学家根据目前世界太阳能技术及市场的发展，提出到2050年可通过太阳能发电满足全球1／4的能源需求。

　　利用太阳能的技术主要有3种：一是现在应用最普遍也是相对最成熟的太阳能水加热技术，这种方式提供最多的能量且环保效益最佳，全世界大约一半的太阳能系统安装在中国，而且其市场年增长率居世界首位；二是太阳能聚热发电(CSP)；三是太阳能光伏发电(PV)。增长最迅速是最有活力的太阳能利用领域是太阳能电池，随着技术的创新和成本的下降，太阳能光伏产业可能成为21世纪最大的产业之一。

　　光伏发电(PV)是利用太阳能电池将太阳能直接转换成电能，转换过程中不需要透过电解质来传递导电离子，而是采用半导体产生PN结来获得电位。

　　现有的太阳能电池是基于多晶硅薄膜，大概每平方米300美元，能量转化的效率约为40％。折合成每瓦的发电成本还很昂贵。随着制造规模的不断扩大，或者找到其他材料，比如塑料来代替硅，光伏产业的成本将不断降低。现在的问题是，这些材料的耐用性如何，火面积使用会不会分解产生毒素渗入地层等等，尚缬时间来检验。

　　与PV相比，CSP并不是一个新技术。所谓太阳能聚热发电，其原理简单说来就是利用镜子将太阳光线聚焦在一个装有某些气体或液体的管道或容器上，将气体或液体加热，然后带动传统的汽轮机发电。经历的是太阳能一热能一电能这样一个转换过程。

　　美国、西班牙、澳大利亚甚至是瑞士都充分利用丰富的太阳能建立了类似的发电站。之所以有意义，是因为它的成本较低，而且非常适用于日照长的沙漠地区。以现有例子来说，64兆瓦的设备，占地几百平方千米，它的成本只有两亿美元，可以产生大量的电力。有科学家测算，理论上只要将镜子覆盖地球上沙漠地带的0.5％面积就能满足全球的电力需要，而且能够同时给沙漠地区提供丰富的淡化水，让沙漠附近城市享受舒服的空调。

　　CSP利用大规模镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，避免了昂贵的硅晶光电转换工艺，可以大大降低太阳能发电的成本。而且，这种形式的太阳能利用还有一个其他形式的太阳能转换所无法比拟的优势，就是可以来调节不同时间段太阳能的使用。有太阳的时候可以产生电能把它储存起来，这是比光伏发电更先进的地方，因为光伏发电只能用于有太阳光照的时候。

　　

　　责任编辑　庞　云