認識并利用好能源這把“雙刃劍”

縱觀歷史長河，人類文明的進步與能源的利用和發(fā)展息息相關。在人類出現(xiàn)之前，動物們所用的能源都是不自覺或者是被動的，例如通過曬曬太陽獲得溫暖，支持他們生命的延續(xù)。

后來，人類由猿類進化而來。隨著跟自然界不斷的斗爭，人類也漸漸向前發(fā)展，發(fā)現(xiàn)“火”帶來美味的食物，也帶來良好的環(huán)境。這時，人類開始了對“火”的控制和使用，“鉆木取火”就是一個印證。

再進一步發(fā)展，人就可以自覺地、主動地使用一些能源。在以能源為支撐的基礎上，人類的生活條件得到了極大的改善，生活水平也得以進一步提高。能源似乎帶來了人類文明的跨越式發(fā)展。

然而，上述這些能源仍直接取之于自然。

在一些描寫人類古代生活的武俠小說中提到，有一片會燃燒的黑色物質。實際上，這就是最初被人發(fā)現(xiàn)的石油或者煤炭，但客觀的、科學的認識仍很缺乏。

當人的智力水平不斷提高，從而主動去發(fā)現(xiàn)和認識礦物質能源的時候，工業(yè)文明應運而生。18世紀，蒸汽機車、動力機械被發(fā)明。這證明人類已經(jīng)在嘗試改變能源形式。無疑，人類進入了高級的文明時代。

現(xiàn)在，人們能做的遠不只是利用自然為我們提供的能源，還不斷發(fā)現(xiàn)新能源，甚至，一些廢棄物也被變成了能源。人類進入了“后工業(yè)時代”。

到目前為止，被人類利用和發(fā)現(xiàn)的能源種類已經(jīng)非常多。一方面，有來自于地球外部天體的能源太陽能。我們現(xiàn)在所說的生物質能，還有包括石油、天然氣、煤炭等在內的化石資源，水能、風能、波浪能、海流能等，都是直接或者是間接來自于太陽能。

另一方面的能量，就來自于地球本身，主要是地熱能和核能。地球這個大的能源載體，隨著地核、地幔、地殼不同的狀態(tài)，孕育著不同的能量形式。而核元素則來自于地球，也可以說是一種礦產資源。

對于這些不同種類能源的利用，在不同的文明發(fā)展時期顯示出較大區(qū)別。

1875年前，在人類農業(yè)經(jīng)濟時代，能源利用以生物質為主，如秸稈利用。19世紀后，工業(yè)進程加快，煤和石油的使用量逐漸增加。

如果以時間為橫軸，能源消耗為縱軸制作一張圖，我們可以看到在1950年時，能源消耗出現(xiàn)一次飛躍式增長。這意味著工業(yè)化進程在1950年猛然加速。

進入20世紀以后，能源消耗的大幅度增長則主要表現(xiàn)在煤和石油上。近30年來，天然氣的消耗量也逐漸增大。

技術的發(fā)展，帶來了一種新的能源形式可再生能源。新能源與可再生能源備受世界的關注，發(fā)展速度很快。未來幾十年，以風能和太陽能為主的可再生能源可能會快速的增加。

同時，核聚變也受到了科學家的青睞。每升海水中氘的含量是0.03克，如果發(fā)生核聚變，則可產生相當于300升汽油燃燒釋放的能量。這個數(shù)據(jù)正好解釋了我們?yōu)槭裁醇南Ｍ诤司圩兎磻?/p>

2001年，國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃設計完成。2006年，我國與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同草簽了ITER計劃協(xié)定。

人們期望通過核聚變?yōu)槿祟愄峁┛沙掷m(xù)發(fā)展的能量。但是，到目前為止，它的價格與技術水平都遠未達到應用要求，預計2050年可實現(xiàn)應用。無論如何，2050年之前，能源利用仍然以煤炭和石油為主。

能源之于人類文明，如同人的生長需要水和糧食。在促進人類文明發(fā)展的同時，也為提高人們的生活水平提供保障，是國家經(jīng)濟發(fā)展和人類文明進步的基本約束條件。

然而，能源也是一把雙刃劍，能源的利用會帶來一些負面的影響。

對中國而言，能源資源量便是問題之一。在全世界所探明石油儲量中，我國僅占十分之一，天然氣也不到二十分之一。

能源結構中，化石能源是一種有限資源，石油、煤和天然氣都存在開采年限?；谟袡C理論預測，石油的開采年限是40年，煤為200年，天然氣則為60年。

但是，地質結構學家并不認同這個觀點，因為如果按照無機理論去推算的話，化石能源應該無窮無盡。目前，這兩種理論尚在爭論，有機理論占上風。

對此，我認為開采年限只能作為能源工作的參考。由于技術水平的提高和理論的創(chuàng)新，新的化石能源將不斷被發(fā)現(xiàn)。

同時，由于技術水平所限，使得我們的工業(yè)能源利用效率非常低。我國是典型的耗能大戶，鋼鐵、水泥，包括太陽能產業(yè)所帶來的耗電量遠高于世界的平均水平。

能源利用對環(huán)境帶來的沖擊也是人類無法回避的問題。首當其沖的便是溫室效應。當然，這也是有爭論的，在不同分支學科的研究中，研究者考慮的時間尺度不一樣。有的以20年為時間尺度，就可以看出地球溫度的變化好像是在不斷攀升。但是，如果把這個尺度放大到萬年，我們看到，地球本身存在溫度升降的規(guī)律。

不過，在小尺度的研究中，溫室效應帶來地球表面溫度升高的結論已經(jīng)得到公認。在南北極地區(qū)，冰蓋面積不斷縮小已經(jīng)成為不爭的事實。

號稱世界第三極的青藏高原對氣候的變化非常敏感。40年來，青藏高原的冰川大幅減少，按照聯(lián)合國政府委員會發(fā)布的報告，如果以現(xiàn)在的速度，80%的冰川將在未來30年消失。在亞洲，許多大江大河發(fā)源于青藏高原，被譽為“亞洲的水塔”。它如果消失了，不難想象將對人類的發(fā)展帶來怎樣的影響。

氣候變暖對我國帶來的危害，則主要在以下幾個方面：植被發(fā)生變化而導致沙塵暴，草原荒漠化嚴重，海平面的上升也會對一些臨海地區(qū)造成威脅，生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。

研究發(fā)現(xiàn)，這些不利影響主要來自化石能源。清潔、高效地利用能源，把負面影響降至最小，是人類追求的共同目標。

目前，全世界都在倡導低碳或者無碳的能源發(fā)展方向。由于化石能源主要是含碳的，因此，目標的實現(xiàn)還得靠技術的發(fā)展，提高轉化率，把本來是污染的負產物變成能夠利用的資源。

首先，清潔生產和高技術利用是實現(xiàn)低碳、提高化石能源轉化率的關鍵環(huán)節(jié)。

二氧化碳捕捉（CCS）技術是一項熱門的研究，就是要解決碳資源使用對環(huán)境影響的問題，盡最大的努力變廢為寶。

這項技術有兩方面的核心要求。一方面，從物質上講，講求組分分級利用，使用更加精細化、分級轉化，這就是在化學領域里一直講的“原子經(jīng)濟性利用”；另一方面，從能量上講，講求溫度對口、梯級利用，簡單地說，就是要求不同品質的能量用到它該用的地方。

比如，過去粗放式的火力發(fā)電廠中，通過燃煤轉化成高壓蒸汽推動汽輪機發(fā)電。這些發(fā)電廠里有很多涼水塔，對冷卻水進行循環(huán)使用。發(fā)電廠利用了高溫蒸汽來推動發(fā)電，而溫度低的蒸汽卻直接浪費了。

經(jīng)過改進的發(fā)電廠，利用高溫蒸汽來發(fā)電，低溫蒸汽可以用不同的技術發(fā)電，而到了100攝氏度以下的蒸汽就用于集中供熱、供暖。通過這種方式，能源使用效率可最大化。

發(fā)展新能源則是解決問題的另一途徑，全球可再生能源的資源量非常豐富。我國于2006年頒發(fā)了《可再生能源法》，通過法律的形式來支持和保障可再生能源的發(fā)展。

2008年起，我國多種可再生能源的開發(fā)利用在全球名列前茅。比如，水電居世界第一，風電居世界第四。雖然核電相對少，但有一個共識，在目前階段要支撐中國經(jīng)濟的發(fā)展，發(fā)展核電恐怕是必須選擇的道路。

此外，新能源多樣化也是解決能源負面影響的辦法之一。比如，通過氫氣、甲醇或天然氣進行發(fā)電用于汽車燃料電池。存在于凍土層、海洋中的天然氣水合物貯存量巨大，我國也有龐大儲量。然而，天然氣水合物的開采手段還不具備。

變廢為寶的城市垃圾也是寶貴的新能源。進行分類是第一步，可燃物用于發(fā)電，有機物用于肥料，不可燃的固體物進行加工后用于建筑材料，垃圾綜合處理使這些廢物成為資源，綜合解決能源問題。

能源問題非常復雜，它不僅僅是一個技術、經(jīng)濟和政治問題，更為重要的是，它是一個理念問題、價值觀的問題。只有認識到能源這把“雙刃劍”存在的利弊，我們才能更好的利用它實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

來源：科學時報 作者：秦偉 　

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