可再生能源(Renewable Energy)
全球可再生能源的使用正逐渐增加,这对于应对气候变化可能是一个关键。
可再生能源,就是指能源本身可以自然再生(replennish),永不枯竭的能源,最为常见的有太阳能,风能,水能,地热(geothermal),生物能(biomass)。人类大部分使用的为化石燃料(fossil fuels),但可再生能源的使用率增长最快。
它有以下3个优点:
(1)应对气候变化,可再生能源的使用不会直接产生温室气体,产生温室气体主要是在其制造过程中例如制造,安装,操作等,但在过程中排放量很小
(2)减少污染,减少对人体健康的威胁。风能水能太阳能的使用不会造成空气污染,相较于不可再生资源,地热和生物能造成的污染要少得多
(3)可靠:可再生能源永不枯竭,一旦建成,操作成本非常低,消耗的资源也是免费
但可再生能源也有以下3个缺点:
(1)不能大规模发电
(2)大坝和风力发电厂的建设会破坏野生动物的生活及其迁徙模式(migration pattern),破坏生态
(3)不稳定(intermittent),太阳能和风能的利用依靠自然,电池储存能源也非常昂贵
一方面,可再生能源的使用既有挑战,但也提供一种替代化石燃料的方式,使用可再生能源不会产生温室气体,无污染,更环保。先进的科技使可再生能源易获取,可负担,更高效,应对气候变化将会变得触手可及。
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人类所需要的热能主要来源于太阳能。
人类之所以能够在地球上生存下来,主要是以太阳提供的热辐射能生存的,而自古人类也懂得以阳光晒干物件,并作为制作食物的方法,如制盐和晒咸鱼等。在化石燃料日趋减少的情况下,太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分,并不断得到发展。太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式,太阳能发电是一种新兴的可再生能源。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。
太阳能是由太阳内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的,来自太阳的辐射能量。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。植物通过光合作用释放氧气、吸收二氧化碳,并把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代演变形成的一次能源。地球本身蕴藏的能量通常指与地球内部的热能有关的能源和与原子核反应有关的能源。
太阳能是一种可再生能源。太阳能是指太阳的热辐射能主要表现就是常说的太阳光线。在现代一般用作发电或者为热水器提供能源。
人类在生活中,人体每时每刻都在消耗能量,这些能量是由所摄取食物的化学能转变而来的。食物中能产生能量的营养素是蛋白质、脂肪、碳水化物,它们经过氧化产生能量,供给机体维持生命、生长发育、从事各种活动的需要。
人体的热能来源于每天所吃的食物,但食物中不是所有营养素都能产生热能的,只有碳水化合物、脂肪、蛋白质这三大营养素会产生热能。人体热能最主要来源是碳水化合物、脂肪、蛋白质是太阳能转变成化学能在植物体、动物体内贮存下来的。所以,所有的食物中的能量,归根结底,又都是来源于太阳。
核能不属于可再生能源,因为它是越用越少,消耗了就不会再生,只能继续开采。通常认为这是一种清洁能源(不排放二氧化碳)。当然,如果核电站出了问题,那它就是最最不清洁的能源了。
1.人体能量
如果你生活在大城市,那么在不久的将来,你的身体也会成为一种城市能源。人类活动如跑步、散步等都可以用来产生能量。美国麻省理工学院建筑和规划系的学生詹姆斯·格拉汉姆和撒德尤思·朱思雅克设计出一个可将人行走时产生的能量转化为电能的“概念性城市设计”。在城市里铺设采用压电材料制作的地板,内装动作感应系统,可将行人的每一个行走动作瞬间产生的能量都转换成电能。他们的这种设计可以实现未来城市的基础设施照明,是未来城市基础能源的一种很有借鉴意义的新能源替代方法。人体能量也是第一次成为最有可能实现的新能源产品之一。
2.粮食能源
迅速增长的生物燃料让我们得到启示:粮食永远伴随人类的一生,那么粮食产生的能量也会永远伴随人类一生。澳大利亚的一家公司就已经从椰子上开始生产能够替代柴油的新能源“椰子油”了。椰子作为替代柴油的燃料由来已久。在第二次世界大战期间,由于柴油供应短缺,在当时的菲律宾,椰子油就成为一种受当地人喜欢的替代燃料。大约半打椰子就可以生产出一升汽油产生的能量。
目前,世界各国都在开始研究粮食能源,希望从伴随人类一生的粮食上找到未来可替代石油的能源。欧洲的国家在研究如何从葡萄中提炼乙醇。
3.藻类能源
在科学家的眼中,藻类是地球上石油和天然气的来源,并且藻类被环保者和能源生产者视为最环保的物质。有数据表明,每亩大小的藻类可以产生比传统的乙醇来源(如玉米)高15倍的能源。这些绿色植物甚至可以像海绵一样如饥似渴地吸取二氧化碳。
在过去,用藻类提取能源的费用非常昂贵。加上藻类的生长受诸多条件限制,阻碍了其作为大规模生物燃料的生产应用。特别是藻类需要在大量的阳光下才能生长,这制约了藻类能源的发展。但美国旧金山的Solazyme公司却设计出了一个新的办法,他们在黑暗的环境中用糖喂养海藻,然后再提取加工成各种燃料。目前该公司还在尝试转基因藻类植物的提取和加工,一旦未来得到许可,转基因藻类将成为重要的新能源来源。
4.细菌能源
大肠杆菌一向不受欢迎,但是在未来也许就很受欢迎了,因为能从大肠杆菌中提取能源。
美国硅谷的LS9公司的研究员去年初已经发明了一种细菌遗传改造转基因技术:细菌中也可以提取“石油”。他们利用生物工程技术,对包括大肠杆菌在内的不同菌株进行遗传改造和微生物转基因培养,促使这些微生物在细菌的作用下,把能量转换成乙醇或石油替代品。
在未来,一切都成为可能,细菌也会成为最受欢迎的能源产品。
5.垃圾能源
在上世纪80年代好莱坞的典型影片《回到未来》中,疯狂的科学家用香蕉皮、蛋壳和其他形式的垃圾转变成气体,来作为时间旅行机的燃料。现在,好莱坞科幻电影中的情节变为了现实。加拿大拟建造北美地区规模最大的汽化垃圾发电厂。科学家相信在经过初期焚烧发电的简单工艺之后,新技术的出现在未来有望引领垃圾发电进入新阶段。
该新型垃圾发电厂号称北美第一的汽化垃圾发电厂。整个项目将耗资1.25亿美元,建成之后每天能吸收城市生活垃圾400吨,每天发电量可达到21兆瓦。
废物转化为能源一直很有争议,批评人士认为在产生能源的同时会伴随出现温室气体。但是科学家发明的一种名为等离子电弧汽化发电的技术。这种技术在经济成本上和环保指标上具备很大优势。加拿大帕拉斯科能源集团已经和政府签订合同,采用这种新技术在未来生产更多的能源。
6.天气能源
这听起来有点不可思议,不过加拿大工程师路易斯·米彻尔德正在实验一种新的清洁能源产生方式:人造龙卷风。他提出的大气能源转换理论非常吸引人。这个理论并不复杂,当气流上升温度升高时就会引起温度的差异,于是空气随之开始形成漩涡,漩涡带动发电机产生电能。
此时的漩涡已经是可以抵达对流层的真正龙卷风了,其风速高达每小时200英里。用这种发电系统能够产生200兆瓦特的电能,这足以供给20万户家庭的用电需求。
在日本,寒冷的天气也不会被白白浪费掉。日本北海道新千岁机场使用冬季的积雪为夏天机场的候机大楼降温,机场跑道使用顶级的隔热设备,能够最大限度地减少积雪融化。据测算,这一计划如能实现预期目标,每年可节约制冷费用约6000万日元,此外还能通过减少用电而起到削减二氧化碳排放的效果。
7.温室气体能源
发展清洁能源是为了遏制温室气体对环境造成影响的一大原因。但是美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家认为,其实温室气体一样也可以产生清洁能源,这是因为现有的技术可以将有害的温室气体变成燃料。例如温室气体中的碳酸钾在一些化学手段下可以高效吸收空气中的二氧化碳。另一个值得我们注意的是,科学家正在测试一种热电发电机,看看是否从汽车排气系统中的废气中重新捕捉能源并产生电力。
8.有机废物能源
清洁能源其实来源并不清洁,简单地说,就是将有机垃圾变成燃料。美国正大规模兴起使用清洁能源的热潮,旧金山的人们在城市街道上收集宠物粪便,宠物粪便通过一定的设备可转化为生物燃料。在加利福尼亚州,老式的沼气设备非常受欢迎。
未来也许这些有机废物通过技术革新也会成为新能源产品。现在在美国,已经出现了专门收集有机废物的能源转换工厂,专门收集各种有机废物,来提取生物燃料。
9.IT能源
开发替代能源可以缓解能源困境,但它们并非惟一的解决办法。
家庭和企业的大部分能源成本很高,是因为利用能源的效率不高,浪费太严重。美国一家新成立的Sentilla公司,重点研究能源管理技术。
通过智能芯片和软件来提高能源利用效率。他们研制的芯片能够测量计算机和服务器的耗电量,然后通过分析数据,得出最有效的使用IT设备的计划,充分提高IT产品的能源使用效率。
谈到利用效率,人们经常会说可以升级电网。但是由于技术问题,传统电网产生的电能至少有7%都被浪费掉了,无形中给消费者增加了成本。美国银泉绿色科技公司认为,未来智能电网技术可能会解决这些浪费问题。该公司把网卡集成到电力设备、燃气表、及水表上,使每个家庭的电器终端拥有独立的IP地址,这样就可以跟踪监测公用事业企业和消费者的实际能源消耗情况,达到节能的目的。
10.空气能源
当不刮风时,风力发电场就必须依靠其他的能源来维持发电机的运行。空气如何持续不断地提供能源呢?随着汽车制造商在这方面投入越来越大的兴趣,空气能源的利用技术将不是问题。
压缩空气能源储存系统的原理是将空气压缩进地下存储罐,作为风力涡轮机电机的备用能源。汽车制造企业还期望利用类似压缩空气的原理制造出零排放的汽车。一家瑞典汽车制造公司MDI,开发出了这种储存压缩空气燃料罐的空气动力原型车,能将压缩的空气高压储存在燃料罐中,当空气被释放,它的膨胀力会推动引擎的活塞运动。
新能源是相对于常规能源而言,以采用新技术和新材料而获得的,在新技术基础上系统地开发利用的能源。如太阳能、风能、海洋能、地热能等。与常规能源相比,新能源生产规模较小,使用范围较窄。常规能源和新能源的划分是相对的。