为地球的未来充电

来源:用户上传      作者: 本刊编辑部

　　当人类发现石油和煤炭快要耗尽的时候，又得到了气象学家的警告：根据超级计算机对气候的模拟，若是持续目前的温室气体排放率，到本世纪末，半个地球将面临与极度干旱作斗争。
　　好在神奇的大自然给了我们启迪：地球上每小时接收到的太阳能，足够全世界用一年；风能是水能的10倍，利用好1%的风能，就能满足全球的能源需要；每年的生物质能产量，约为全球总能耗的6～10倍……这些可再生能源又让我们看到了希望。根据我国的《可再生能源法》规定，可再生能源是指太阳能、风能、海洋能、地热能、生物质能等非化石能源。这5种能源所生产的“绿色电力”正是未来的地球所需要的电力。
　　
　　●大有希望的太阳能●
　　
　　提到太阳能的利用，同学们马上会联想到扁平的光电电池，事实上它只利用了太阳的光能。早在公元前200多年，阿基米德就曾利用镜子汇聚阳光，点燃距离一箭之地的罗马战舰，这就是利用了太阳光的热能。
　　而今，这项技术已被革新。例如在美国，有许多巨大的凹面镜将被安置于洛杉矶东北部的莫哈韦沙漠（世界上光照最强烈的地区之一）。这些直径达11米的圆盘像一朵朵绽放在沙漠中的“向日葵”，只不过它们的“果实”是电能：炽热的阳光被“花瓣”反射，聚焦到“花蕊”――热集中装置上，这个装置将把氢加热至704摄氏度再发电。初步估计它的太阳能利用率将达到30%（是目前光伏发电最高效率的2倍），一旦这个世界上最大型、最高效的太阳能发电站建成，莫哈韦沙漠18.2平方千米的土地将被2万个“向日葵”占满，它们所发的电将满足27.8万户美国家庭的需求，远远超过美国现在所有的太阳能发电站发电量的总和。
　　而最诱人的太阳能，莫过于太空中没有昼夜差别和大气损耗的太阳能。美国航空航天局正在策划把成片的能量接收盘送入宇宙，再通过巨大的圆盘，把接收到的太阳能以微波的形式直接发射到需要发电的地方。
　　
　　●光伏发电●
　　
　　自1839年科学家发现“光电效应”至今，基于此原理的光伏发电技术已经有了极大的发展：“太阳能收集背包”已能为我们的手机和iPod充电了。而最新的薄膜技术也有望开发出新材料，使我们身上穿的衬衣和夹克也担负起充电的任务。房屋侧面，甚至窗帘上薄薄的太阳能发电贴层，都将使高楼大厦从“耗电大户”变成“发电先锋”。
　　
　　●潜力巨大的风能●
　　
　　作为投资最多的可再生能源，风能的发电量正以每年35%的速度增长，2005年风力发电年产值更是超过了50亿美元。不过从公元12世纪荷兰人首次利用风车碾磨谷物和提水以来，人类对风能的利用始终局限于地面风车，而最稳定、最强劲的风是在2 000米以上的高空，因而近年来人们逐渐把目光投向高空风能的利用。
　　2006年夏天，美国的一家公司设计出了一种新型风车――像风筝一样的“高空风力发电机”，这种新装置将被送到4 500米的高空，由4个风力驱动的涡轮保持平稳，而牵引它的“风筝线”则是一条负责传输电力的导电电缆。这些发电涡轮叶片除了要足够轻之外，还必须非常坚固，确保其在高空强风环境下不会被损坏，现在最先进的材料科学已经能够做出这种至轻至强的涡轮叶片，只要再解决了“风筝”定位和维护的问题，这种壮观的“高空风力发电站”将被正式投入使用。
　　在新风车开发方面，风能总量位居世界第二的中国也有所突破：2006年初在广州研发出了磁悬浮风力发电机，这种发电机克服了普通风力发电机轴承间的摩擦阻力过大的问题，在2～3级的微风中也能转动，极大地提高了风能的利用范围。它因此被著名网络环保杂志《Tree Hugger》评为2006年“世界十大绿色发明”之一。
　　
　　●取之不尽的海洋能●
　　
　　水坝发电的成功，常常使我们忽视了同为水力能源的海洋能。其中可利用的潮汐能源，与我们现在所有水坝发电站所生产的能源是等同的，而这一数值仅占潮汐能总量的。长久以来只有4米以上的潮水落差才能用来发电，但现在低落差发电技术也有了突破：在纽约东河2.4米的水下，6个靠河水涨落发电的涡轮已经在2006年夏天开始发电。这些转动缓慢的潮汐涡轮将在第一年生产出52.5万千瓦时的电能，用来缓解纽约的能源消耗。
　　但是在广阔的海平面上，涨落的潮水分散成为起伏的海浪，它的开发利用就需要另一种装置了：2006年夏天，工人们在葡萄牙的近海安装了一种名为“Pelamis”的海浪能量转换器。像巨型“海蛇”一样的钢管链子半浮地布满了距离海岸线5 000米的海面,它们体内的翼板在起伏的海浪中上下振动，再由发电机将这种振动转换成电能，储存在体内。这种被称作“涡流振动发电”的技术优点就在于它不会破坏海水流动，对环境影响小。
　　
　　●用之不竭的地热能●
　　
　　通常所说的开发地热能指的是挖掘地壳深层的地热，但是它并不广泛存在；相反，同属地热能的浅层地温能分布广泛，再生迅速，而且开发起来投资少、价值大。
　　井水冬暖夏凉是同学们都熟悉的常识，它就是说明在地表下一定深度，温度不受外界气温的变化而改变。在37摄氏度的酷夏和零下7摄氏度的寒冬，地下30米的常温层始终能保持在15摄氏度左右。由常温层与地表间的这种温度差所产生的能量就叫做浅层地温能。
　　2006年下半年，我国首次召开了浅层地温能开发利用研讨会，会上提出了一种简单有效的浅层地温能利用方法――水源热泵技术。它是指抽取与地层相同温度的地下水，与地面设备进行换热。在夏季将建筑物中的热量转移到水中，实现制冷；在冬季则用抽上来的水源供热。这样只要利用少量的电能，基本上就能使大部分地区都采用地热源热泵来供热。据专家测算，我国地层以下近百米的土壤，每年可采集的地温能量是目前发电量的3 750倍。
　　
　　●俯拾皆是的生物质能●
　　
　　光合作用是地球上最大规模的太阳能转换过程，太阳每时每刻辐射到地表的能量约有0.3%被植物完全吸收，并通过光合作用转化成有机物和氧气――人类和其他动物的生存必需品。由这些固定了太阳能的生物有机物质如甘蔗、秸秆、玉米等提炼成的燃料就称作“生物油”，而其中最著名的便是“汽油终结者”――乙醇。
　　或许你还不知道，目前世界上已经有超过500万辆汽车使用乙醇作为燃料，它们不仅比汽油燃料汽车更经济，而且几乎不会向环境排放温室气体。专家预计，到2030年，全球汽车燃料消耗中，30%将会是乙醇。在用乙醇代替汽油方面，巴西已大获成功，其国内60%的汽车燃料都已采用乙醇，这都归功于他们在数十年前就开始研发和推广以甘蔗和蜜糖为原料的乙醇制造技术。由此我们也可以看出，为了尽快从依赖石油的泥潭中解脱出来，开发乙醇燃料不失为一个绝佳的方案。
　　与盛产甘蔗的巴西不同，我国的生物质能原料多为玉米和秸秆，不过目前通过它们提炼乙醇的效率并不高。好在科学家近来发现，以木为食的白蚁体内，含有一种神奇的微生物，它可将植物的纤维素转换为与乙醇相近的物质。通过模仿这些微生物的DNA，就可以得到“酵素”，从而使玉米等制造乙醇的效率大幅提升。
　　相信在不远的将来，那些从田间收割下的大量生物质能原料就能被加工成可与中东石油、亚马尔天然气相媲美的燃料。
　　
　　●垃圾发电●
　　
　　目前，我国城市人均每天要产生将近1.5千克垃圾，全世界人均每天产生的垃圾量更是天文数字，而垃圾中大部分物质都可用于发电，于是各国都在大力推广“垃圾发电”。“高温气化熔融法”处理垃圾作为最新的无害处理方法，已在很多发达国家得到应用。它将垃圾高温气化后再把剩余物质分选处理：金属回收，可燃物进一步熔融发电。经过这种化腐朽为神奇的处理，每吨垃圾可以“烧”出300千瓦时电。
　　由此，科学家提出一个新概念“负电能”。所谓“负电能”是指从原本的能源总消耗量中扣除的部分，生产“负电能”就意味着减少电能消耗。这种节省下来的能源，虽然不属于“绿电”，却也无愧为最清洁的能源之一。对于人口众多、资源相对不足的中国来说，要建设节约型社会，这一点更应提倡。
　　研究表明，建筑外墙的散热会使房屋的供热系统多损耗一倍的电能。而最新研制出的一种EPS隔热泡沫材料，却可以使散热降低一半以上，如果将其包裹在外墙上，就像给大楼穿上了产生“负电能”的“外套”。
　　近几年来随着电脑的普及，它的待机功能使其日益成为“电老虎”――看似已经“不用电”的待机所消耗的电能竟高达使用时的10%，电视、空调、微波炉、饮水机等电器的待机也是如此。长此以往，这种消耗已经成为现代家庭继空调、照明之后的第三大耗电所在。所以建议大家在不使用家电时彻底切断电源，仅凭这样一个细微的操作，日积月累也能产生许多“负电能”。
　　节能灯在产出“负电能”方面的杰出贡献已经有目共睹，而最新开发出来的“无极灯”更胜一筹，它的全称是高频等离子体放电无极灯，是一种没有灯丝，也没有电极的“空腹”灯，依靠紫外线激发稀土3基色荧光粉，发出可见光。它不仅亮度高、寿命长，而且比白炽灯节能72%。
　　不要以为“负电能”离我们的日常生活很远，其实这种能源随处可见，比如日常你是用钢笔还是一次性水笔，在白天的教室用阳光还是灯光等等，这些细微之处都能产生“负电能”。
　　无论是亿万年来就存在的能源，还是身边的“负电能”，都在静静地等待着人类的开发。相信在大家的共同努力下，以5大可再生能源为首的清洁型新能源，必将兴起一场能源的革命，有朝一日将取代化石燃料，独当一面，为地球未来的发展充入源源电力。
　　★编辑/徐柏楠

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