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卡罗·卢比亚:把清洁能源送到城市

时间:2010-11-01 13:30:51  来源:  作者:

(卡罗·卢比亚,德国波茨坦可持续发展高级研究所科学主任,1984年诺贝尔物理学奖获得者。他是意大利粒子物理学家和发明家。)

大家下午好!非常感谢能够参加这个论坛,我今天的演讲主题是“把清洁能源送到城市”。更多人现在在涌向城市,占到了全球能源消耗的75%,占到全球碳排放的80%。为了能够让这个快速的城市化进程向绿色未来推进,世界上越来越多的城市正在利用新型节能技术。最新预测显示,到2015年全球千万级的城市将增加到26个,大多数国家是新兴经济体,也就是以前不太重视可持续发展的地区。

在接下来的20年中,在印度的农村每2秒钟就会有一个人涌向城市,按照这样的速度,每年将有1600万人进入城市。在接下来的20年中,印度需要新建250个城市。有这么多人涌向新的空间,就需要我们保持可持续发展。可持续发展是我们现在所需要的发展模式,同时不能影响未来后代的发展需求。可持续发展需要我们对成本进行新的定义,它不仅仅是短期的经济行为,同时要重视长期的经济环境和社会发展。在这个方面要设立目标,首先是空气,社区、发展、能源、交通、废物处理,让城市发展的更为有序,更为相互联系、更为智能,这就表明我们当前面临很多挑战。

城市集中了智能星球的方方面面,包括教育、医疗、水供给、能源使用、公共安全、政府等。我今天的演讲主要针对如何开发新型能源,研发和技术对能源政策来说非常重要。整个发展策略和经济主要基于我们对于那些廉价的、充分的化石燃料的使用。最新事件表明,这确实有与生俱来的不稳定性。当前的能源供给非常有限、非常紧张,这种能源成本的上升以及技术的进步也能够让我们以创新的方式寻找新的能源,实现新的发展模式,带来新的就业岗位,保证能源供给的安全。

当前的趋势和未来的趋势都表明,我们现在所做的还不能实现能源目标。在七、八十年代,石油能源享受的是充分供给,能源唾手可得,没有减排的约束,市场也在这方面有很大的商业利益,这使我们非常依赖于化石能源。在新能源、新技术方面的创新、投资就受到了影响。新能源的创新需要有很长的周期,也就是说,在实现一定市场规模之前,投资和创新、监管框架的更新都需要很长时间,现在我们的创新还面临当前的基础设施投资以及利益相关方、能源价格限定、监管框架改变、网络连通性等方方面面的挑战,新技术肯定是更为昂贵的,但他们现在可能还不一定能够带来一个更好的解决方案。也就是说,我们可能还看不到它立竿见影的效果。同时在社会接纳方面可能也会有一些障碍,在这个方面还有立法和行政方面的障碍,从短期来看,确实面临很大的挑战,市场还不太可能接纳,商业上不是太可行,因此需要公众来支持能源创新。

毫无疑问,现在全球变暖是迫切的问题,需要我们大家关注,但这本身并不能推动全球行动迅速展开,特别是不能迅速推动“去碳化”的行动,有更为迫切的事情需要解决,比如说能源的可得性非常有限。同时,我们对于化石能源,包括天然气、石油的需求是非常大的,可以说是供不应求。与此同时,我们特别迫切需要准备新的能源。

现在我们可以看到,像旧金山这样的城市,公共交通碳排放占到78%,而楼宇只占到17%,在这个方面就必须要重视公共交通的石油取代问题,现代经济非常取决于石油的供应。现在对于美国来说,对能源的需求27%集中在公共交通,其中95%是石油、2%是天然气、3%是可再生能源。在居住和商业行业,60%用石油、7%是天然气、6%是煤。毫无疑问,对石油的需求还在增长,但供应不稳定,也取决于政治不稳定地区的供应。这就需要我们在技术上推动可回收石油的利用,石油还不会枯竭,还可以用很多年。但现在石油供不应求,市场情况越来越恶化,价格会越来越高,也会带来很严重的经济后果。现在很多学者和政治家都希望建立一个长期的解决方案,避免“石油峰值论”的出现,避免在此之前就出问题,防止经济突然下滑。现在我们在大陆架墨西哥湾、阿拉斯加都发现很多新的能源储备,可以延缓这个问题的出现。但从另外一个方面来说,完全不用化石能源也是不太可能,我们必须要在实现碳减排的同时找到新的实现目标。

如果只是从新地方去开采石油,包括大陆架、页岩、重油、沥青砂去解决,可能会带来碳排放的后果。我们可以从氢经济上来解决问题,碳减排、碳封存并不是完全消灭碳。有些国家在进行减排的时候不会考虑具有法律约束力的条约,而是考虑是否有经济利益。现在我们必须要发出这样的信号:让二氧化碳成为一个宝,而不是成为害,要变害为宝。

现在我们谈到很多氢替代石油的好处,氢仅仅是一个能源载体,我们必须考虑氢在减排方面能否带来实实在在的好处,我们必须解决根本性的问题,才能让氢成为可行的解决方案。我觉得现在很有效的替代手段就是利用甲烷经济,将氢和二氧化碳结合,让它们分离产生甲烷。甲烷可以转化为其他的材料,包括乙烯、丙烯。二氧化碳可以从火电站获得。氢如何获得呢?可以从天然气中获得,通过蒸汽重整的方式转化获得。或者通过焦化的处理获得氢,这样就没有任何二氧化碳排放。

可以通过沃勒教授的“脱碳化”方法直接获得甲烷,这种脱碳化进程会越来越多的使用到甲烷,甲烷燃料可以最大限度实现脱碳,所产生的碳比传统能源少2.5倍,还可能转化为黑炭和氢气,不会影响碳减排目标的实现。

我们如何能够增强天然气的供给呢?除了传统的天然气,我们可以看到海洋的天然气水合物(甲烷水合物、可燃冰)方面也有很大的储备,这是非常丰富的储备,这是一个独特的化学物质。这种物质在0度时是稳定的,在18度也可以保持非常稳定,一升的甲烷水合物可以包含168升甲烷气,这样的话题可能比较学术化,但最近很多科学家发现甲烷和水在自然当中是比比皆是。甲烷水合物在环境当中可以保持非常稳定的状态,只要是压力和温度恒定的话就没有问题。同时,甲烷水合物也是海洋大陆架和海底的重要组成部分。甲烷的供应量非常大,甲烷可以在地表2000米下发现,这是新能源很重要的一个来源。

但与此同时,这些水合物也会带来生态灾难,因为温度可能会上升,气候变化会导致稳定性会发生变化,让水合物散发到空气中带来灾难。在25000年以前,50%的海洋物种和70%的陆地脊椎物种都灭绝了,这可能就是由于当时的水合物散发到大气当中所造成的,当时也有全球变暖的情况。当时全球气温上升了6度,水平面就上升了,海洋温度也上升了。将来十到十五年的决定会对能源的安全剧变、就业造成影响,我们的行动成本可能会很高。但如果不行动,代价会更严重。

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