談談綠色能源

綠色能源，已經成了世界性的話題。美國總統辯論中談，中國也在聯合國大會上談，各國的政治辯論都在談。

昨天在網上看了一個不起眼的視頻，覺得其說法是迄今為止我聽到過的各種有關綠色能源的信息中，最有說服力的。在此以這個視頻為基礎，結合自己的理解，談談我對綠色能源的理解。

地球上的能源大多數來自太陽。工業革命前，能源的主要轉化方式，是食物裏的碳水化合物在人和牲畜體內氧化，變成二氧化碳和水同時產生能量，能量驅動人和牲畜勞動。

瓦特的改良蒸汽機發明後，勞動的任務，是通過膨脹的高壓氣體驅動機器來完成的。產生膨脹氣體的方法主要有兩種，燒開水產生水蒸氣，以及燃料遇到氧氣迅速燃燒氣化，分別叫做蒸汽機和內燃機。經過不斷的探索，化石類燃料成了主流，主要有固體形式存在的煤，氣體的天然氣和液體的石油。這三種形式各有其優缺點，也可以互相轉化。煤和天然氣可以通過一氧化碳和氫氣通過費托反應等方式轉變成石油。

1870年後發明了電力，成為另一種驅動方式。電和高壓氣體一樣，不是能源，而隻是能源利用方式。

化石類燃料會產生環境問題，包括空氣汙染，破壞環境和氣候轉暖三方麵。其中，氣候轉暖將直接危及人類的生存，科學家定論，如不在本世紀中葉達到碳中和（碳排和碳吸收相等），則人類必然在100年內滅絕。

一度將可再生生物燃料歸類於綠色能源。這類燃料，就是通過將植物，包括莊稼廢料，直接燃燒或間接轉化為液體燃料，如酒精等。但這些燃料照樣會產生三類環境問題，其性價比還比不上化石燃料，這不是一個根本的解決方法。

公認的綠色能源有，太陽能，風能，水電，核電，地熱，潮汐/滲透壓/海浪等。核電和水電是最廣泛使用的綠色能源，但各有其它問題，不被推崇。目前公認最有可行性的還是太陽能和風能。核聚變技術，和有效的潮汐/滲透壓/海浪能技術，是未來根本性解決對化石燃料依賴的方向，但現在還不可行或沒有經濟可行性。

太陽能和風能發電，有一個最大的問題就是無法保持其穩定供電。太陽下山了就沒電了，沒風了也沒電了，解決的方法有以下幾種：

1，建立智能能源互聯網。將很廣地域內的風電，光電站聯網，東邊不亮西邊亮，南邊無風北邊風，來解決穩定供電的問題。

2，建立儲存電力裝置，小規模的可以用電池，大規模的可以用儲水式水庫和其它勢能儲存器。用高鹽溶液儲熱也是一種方法。

3，能量轉化。可以電解水產生氫氣儲藏，也可以用電還原二氧化碳變成一氧化碳等化工原料，達到降碳作用。甚至夏天將電來製冰，冬天燒水達到節能作用。

光是能量需求一項，那些綠色能源滿打滿算，也無法到本世紀中完全取代化石燃料。而且，除了供能，在化工，煉鋼，混凝土等行業，都會產生大量的碳排，因此，碳俘獲技術，也是實現碳中和不可或缺的一環。

碳俘獲技術，包括碳的俘獲，運輸和儲存三部。常見的技術，一是化學方法，例如通過加入CaO,能將CO2 轉變為CaCO2, 那就是水泥的原材料。將俘獲形成的CaCO2製成水泥，碳就被封存在建築物中。還有電還原技術，將CO2還原為CO和H2, 可以進一步製成人工石油原料。碳俘獲能俘獲高達85-90%的工業生產中排出的CO2。但是，碳俘獲通常需要大量的能耗，比如在煤發電過程中增加了碳俘獲過程，發同樣的電就需要使用更多的煤，這也是個得失參半的問題。

因此碳俘獲技術的解決方案，一是用綠色能源來提供碳俘獲所需要的能量，二是提高碳俘獲的效率從而降低其能耗，盡可能地降低淨碳排。

除了考慮能量來源，還得考慮能源利用技術。現代碳排大戶是運輸，其中電動汽車的技術已經成熟，但電動大型輪船和飛機的技術尚未成熟，或根本沒有。遠洋航運和空運，占總碳排的25%，而且隨著經濟的發展，其比例還不斷上升，依目前技術還很難解決。

目前最有可能的技術途徑是氫能方案。氫氧反應，可以以燃料電池變成電能，也能以燃燒方式變成熱能，內燃動能。燃料電池技術已經發展得不錯，在大型輪船，卡車上都可以使用，隻要攜帶足夠的氫氣，就可進行越洋的航行，現在的問題要是進一步提高燃料電池的效率。

氫氣的燃燒能力也可用於取代供暖的天然氣，煤氣和木材等，從而降低碳排。用電加熱的效率，不如直接燃燒的加熱效率高。

氫氣的內燃功能和汽油類似，能量值更高，理論上現有的汽油機，都可以直接燃用氫氣。而飛機的發動機，經過一定的改裝，也可以直接使用氫氣。技術的難題在於儲氫方麵，液化氫氣的溫度達到接近絕對零度，高壓氫氣的儲存，在飛機上有一定難度，而且會影響飛機的配重。其次，氫氣目前低成本的生產方法依賴煤或天然氣，會排碳，而電解氫的成本太高，有賴於太陽能產氫技術的突破性發展，從而以低成本提供大量綠色氫。

總之，要完成減少碳排的曆史性目標，除了綠色能源，別忘了碳俘獲和氫能技術的發展，沒有它們，碳中和的任務依然是無法實現的。因此，加強在這兩個最有希望的技術領域的投入，是刻不容緩的。

據2017年的一份統計，風能和光能占總發電比已經接近20%，這很令人鼓舞。但要到2050年達到碳中和，人類離這個目標還很遠，除了需要在技術上加緊開發研究，還需要在政治上，組織上出現根本性的改變。川普當局退出巴黎協定，是一個很不好的征兆，說明短視的政治可能壓倒遠見。

英國政府的綠色革命計劃旨在使英國到2050年實現淨零排放的目標。它包括10大方麵的投資支持。這大致包括以上提到的方麵：

海上風力：
氫能源：
核電站建設：

電動汽車：
公共交通、騎自行車和步行：
綠色航空和海運科研：
住宅和公共建築新能源：
碳排放捕獲：
保護大自然和種樹：
創新與綠色金融。

總而言之，要將綠色能源布滿全球，依然任重而道遠！

 

 

 

 

[嘎德]

還有潮汐是來自月球，也和太陽無關。

[嘎德]

“ 地球上的能源歸根結底都來自太陽。”

這句話有問題，後麵提到的核電，地熱都不來自太陽。