能源危機(jī)迫在眉睫，哪些技術(shù)最關(guān)鍵

●靖海

麻省理工學(xué)院能源計(jì)劃主任羅伯特·阿姆斯特朗

碳排放的增長速度遠(yuǎn)快于我們的期望

隨著全球人口和經(jīng)濟(jì)的增長，人類對能源的需求已達(dá)到了前所未有的水平。然而，為了應(yīng)對日益迫在眉睫的全球氣候變暖，降低溫室氣體的排放也刻不容緩。2006年，麻省理工學(xué)院發(fā)起了一項(xiàng)能源倡議（MITEI），旨在開發(fā)突破性技術(shù)，通過創(chuàng)建低碳和無碳（比如太陽能、核能等）的解決方案來有效和可持續(xù)地滿足全球能源需求，減緩氣候變化。羅伯特·阿姆斯特朗博士作為該倡議的主任，推動(dòng)了與多家能源巨頭的合作落地，截至目前，多家跨國公司都是該倡議的會(huì)員單位。在該倡議的框架下，到底什么技術(shù)能在未來重整全球的能源系統(tǒng)，塑造未來的世界呢？阿姆斯特朗在EmTech China 全球新興科技峰會(huì)上為我們描繪了未來能源的藍(lán)圖。

阿姆斯特朗認(rèn)為，我們現(xiàn)在面臨著巨大的能源挑戰(zhàn)。一方面，隨著全球人口的增長，越來越多的人需要能源來享受高質(zhì)量的生活及服務(wù)。而隨著人口的增長，全球GDP 也會(huì)同樣增長。我們需要用更低的價(jià)格，為更多的人口提供更多的能源。在另一方面，我們同時(shí)還需要不斷地減少溫室氣體的排放。這件事情已經(jīng)迫在眉睫。2016 年，大氣中二氧化碳的濃度已經(jīng)超過了400PPM。為了在本世紀(jì)末將全球溫升控制在2 攝氏度以內(nèi)，我們需要把二氧化碳的濃度控制到450PPM 以下。然而，不幸的是，僅僅17 年后的2037 年，我們很有可能就將達(dá)到這個(gè)指標(biāo)。因此，我們必須在很短的時(shí)間內(nèi)，同時(shí)完成提供更多能源和降低碳排放兩個(gè)任務(wù)。

許多初創(chuàng)公司正致力于實(shí)現(xiàn)小型化的商用可控核聚變反應(yīng)堆

那么，有什么技術(shù)可以幫助我們的世界做到這一點(diǎn)呢？羅伯特·阿姆斯特朗提到了四種技術(shù)。首先，是碳負(fù)排放技術(shù)，也就是所謂的碳捕集——將化石燃料燃燒產(chǎn)生的尾氣和大氣中的二氧化碳收集并儲(chǔ)存起來。如果碳捕集技術(shù)可以大規(guī)模應(yīng)用，電力行業(yè)將會(huì)比建筑、交通、工業(yè)等領(lǐng)域更好地實(shí)現(xiàn)氣候目標(biāo)。碳捕集技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，是要有更加經(jīng)濟(jì)的方法。現(xiàn)在主流的碳捕集技術(shù)，需要用胺溶液來實(shí)現(xiàn)二氧化碳的吸收和釋放。但想要讓二氧化碳從溶液中釋放出來，需要把胺溶液的溫度升高到100 攝氏度以上，這也會(huì)制造出更多的二氧化碳排放。羅伯特·阿姆斯特朗教授提到了一個(gè)全新的方法，可以利用類似電池的電化學(xué)原理去整合這個(gè)過程。由于不需要加熱，它可以使整個(gè)過程更加節(jié)能。

其次，電力的生產(chǎn)和消費(fèi)是在整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)層面聯(lián)動(dòng)的。除了在發(fā)電環(huán)節(jié)降低碳排放，我們還需要跨行業(yè)、跨領(lǐng)域的技術(shù)。例如，我們可以利用電動(dòng)汽車或燃料電池等電氣化手段，來同時(shí)降低發(fā)電和交通層面的碳排放。為交通工具提供能量的，可以是柴油、汽油，也可以是電能、生物質(zhì)能。在這些不同的路徑中，我們都可以進(jìn)行碳封存和碳捕獲，讓整體的排放量更低。MIT 的科學(xué)家做了這樣一個(gè)研究，他們對比了內(nèi)燃機(jī)車、混合動(dòng)力、純電動(dòng)、燃料電池等不同的車型在生命周期中的碳排放。他們發(fā)現(xiàn)，如果我們無法實(shí)現(xiàn)清潔的發(fā)電，那么哪怕是純電動(dòng)的電動(dòng)車，可能也會(huì)有間接的碳排放。而且，盡管電動(dòng)汽車、燃料電池汽車整體的碳排放更低，但可能由于更加復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，它們在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的碳排放其實(shí)是高于內(nèi)燃機(jī)汽車的。因此，利用碳捕集等技術(shù)降低電力、氫能生產(chǎn)環(huán)節(jié)的碳排放，對于降低交通領(lǐng)域的碳排放來說非常關(guān)鍵。

第三，是儲(chǔ)能技術(shù)。我們面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)，是如何讓能源系統(tǒng)消納更多的可再生能源。太陽能、風(fēng)能都是波動(dòng)非常明顯的發(fā)電方式，大量的強(qiáng)波動(dòng)性可再生能源會(huì)給電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成不小的困難。而讓更多的可再生能源上網(wǎng)的關(guān)鍵，是需要更多的儲(chǔ)能裝置，進(jìn)行一整夜、甚至更長時(shí)間的能源存儲(chǔ)。

最后，是一種極具前景的可以實(shí)現(xiàn)低碳電力生產(chǎn)的技術(shù)——可控核聚變。目前全球范圍內(nèi)有大約25 家可控核聚變技術(shù)的創(chuàng)業(yè)公司，希望可以在25 年內(nèi)就讓可控核聚變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。很多的創(chuàng)業(yè)公司都專注于最基礎(chǔ)的研究工作，包括高溫超導(dǎo)材料、脈沖式反應(yīng)堆等等。也許，可控核聚變的到來，會(huì)比之前預(yù)期的短得多。

羅伯特·阿姆斯特朗表示，所有的這些設(shè)想，都需要有突破性的技術(shù)進(jìn)展，來真正支持這些科學(xué)技術(shù)的商業(yè)化轉(zhuǎn)型。我們還要有更多的創(chuàng)新，把能源部門的這些技術(shù)整合在一起，更好地實(shí)現(xiàn)低碳的未來。