100个有趣的科学小知识 100个科学问题及答案简单( 二 )

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图4 2021年石油消耗增长率的变化
而那些比较乐观的人——主要是一些资源经济学家——他们认为，石油生产量更多地取决于经济和政治因素，而不是地下的石油储量。他们认为技术的创新还会不断增加石油的产量，而且现在全球各地还不断有新油田的发现。即便如此，任何人都一致认为本世纪中叶（2050年）大概就是石油产量达到峰值的最后时间（现在这个时间被推迟认为2050年只是化石能源占比小于50%的时间）。比如美国，考虑到那时需要利用其它能源取代占其能源消耗40%的石油，发展新型能源的问题已经变得非常急迫。随着全世界对气候变化的担忧加剧以及目前碳排放量的要求，能源消耗向非化石能源的过渡可能会变得更加迫切。

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图5 清洁能源太阳能
如果石油供应真的很快到达顶峰而无法再增长，或者全球气候问题引发对化石能源态度产生重大转变，那么大量替代性能源的供应就必须准备就绪。太阳每年会向地球输送大约86000万亿瓦(太瓦)的能量，其总量是地球上人类每年消耗能量的6600倍。地球上蕴含的风能、生物质能（生物体产生的物质材料所包含的能量）和核能也很丰富，而且我们可以更有效地利用这些能源。
当然，可再生替代性能源也有它们自身的问题。核裂变的支持者从来没有找到一个能妥善处理长寿命放射性废料的解决方案，而对地球环境的责任和高的投资成本更让核能的发展缓慢。而且可再生能源是分散的，这使得从这些能源中获取足够能量的过程既困难又昂贵。到目前为止，只有风力发电似乎处于领先地位，全球装机容量已超过400亿瓦，每千瓦时的发电成本约为4.5美分（低于光伏的6.8美分）。

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图6 清洁能源风能
这些新型能源的发展听起来很不错，但与化石能源的使用相比，可再生能源的规模仍然非常小。在美国，可再生能源仅占总能源产量的6% 。到本世纪中叶，全球能源的需求预计将从现在的每年大约13太瓦增长到30到60太瓦，可再生能源的使用必须获得极大地发展用于取代当前的化石能源，这将对世界未来能源的需求产生重大的影响。
要实现这个目标需要做什么? 首先更有效地使用能源可能是能源规划的必要条件——尤其是能为有效提高替代性能源的目标争取足够的时间。在过去的30年里，太阳能发电的成本已经下降了两个数量级。但大多数专家认为，在太阳能系统被广泛采用之前，其价格还需要再降100倍。纳米技术的进步可能有助于提供新型半导体材料和器件以提高太阳能集能器的输出效率，并有可能直接利用二氧化碳和水生产出化学燃料。
但这些美好的设想能否尽快地实现以避免目前的石化能源危机，这不仅仅依赖于科学技术的进步，还取决于我们对新型能源研发的重视程度。而这种重视需要全人类在政治上对科学给我们所指出的石化能源危机达成必要的共识（如今越来越多的国家加入到“碳中和”的发展行列）。而最终是什么能源会在什么时候能够帮助人类顺利实现第三次能源转型，从目前的发展形势来看，还是无法给出一个确切的答案。（Richard A. Kerr and Robert F. Service 文）

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