這些突破可能是些什麼？本文列出了五項技術(shù)如果成功，它們將會大大改變世界的能源格局。* K3 J+ L( k" H6 H4 P
這些技術(shù)能帶來巨大的機遇。例如，從太空獲取能量的技術(shù)可能迅速催生全新的產(chǎn)業(yè)。從火電廠捕獲和儲存二氧化碳的技術(shù)可能會今較為老舊的電廠重獲新生。
當(dāng)然，這些技術(shù)並不一定能取得成功，它們目前都面臨著不少難題，一些技術(shù)需要在實驗室創(chuàng)造的材料和或轉(zhuǎn)基因植物方面實現(xiàn)一些重大突破。而且，創(chuàng)新的成本不能讓能源變得太貴。如果能做到這一切，其中任何一項技術(shù)都可以改變遊戲規(guī)則。
太空利用太陽能0 F2 c- W f r+ b) R
30多年來，夢想家就一直設(shè)想在太陽永遠能照耀到的地方 - 太空中 - 利用太陽能。如果我們能在環(huán)繞地球的軌道上安置巨大的太陽能電池板，將其中哪怕是一小部分的可用能源傳回地球，它們可以向地球上的任何地方提供不間斷的電力。3 y& [: e2 @5 U; R4 x e8 }7 B& A/ K
這項技術(shù)聽起來可能像是科幻小說，但其實很簡單：在22000英尺之外的太陽能電池板將能源以微波的形式傳回地球，然後轉(zhuǎn)化為電力並進入到電網(wǎng)中。（低能量的光束被認為是安全的。）直徑1英里的地面接收站可以提供約10億瓦電力，足以供應(yīng)平均約100萬戶美國家庭的使用。 D2 G* r( {& f* Y& P
將太陽能收集器送至太空的成本是最大的障礙，因此有必要設(shè)計重量足夠輕，可以減少發(fā)射次數(shù)的系統(tǒng)。已經(jīng)有些國家和公司希望最早在未來10年內(nèi)提供這種太空電力。' t6 `$ D& ^1 F# z" d
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高級汽車電池
電動汽車可以降低石油消耗量，有助於空氣清潔 （如果電力來自於風(fēng)能和原子能等低碳燃料的話）。但它需要使用更好的電池。2 l6 w) h7 V! u; P& i7 L2 O5 W4 }& }# n
筆記本電腦中常用鋰離子電池是下一代充電式混合動力車和電動車的理想之選。它們比其它汽車電池的電力更充足，但也更貴，不過充電後的行駛距離仍不夠遠；將於明年上市雪佛蘭(Chevy)Volt混合動力車電瓶電池可行駛約40英里。理想情況下，電動車充電一次最好能行駛近400英里。盡管仍有改進的空間，但鋰離子電池的潛力有限。. k! P% x! K0 T! i5 j
作為一種替代產(chǎn)品，鋰空氣電池的性能是鋰離子電池的10倍，可以提供與汽油同等的能量。鋰空氣電池從空氣中吸收氧氣充電，因此這種電池可以更小、更輕。不少實驗室都在研究這種技術(shù)，但科學(xué)家認為，如果沒有重大突破，要想實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用可能還需要10年。
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所有人都在支持風(fēng)能和太陽能技術(shù)，你怎能置身事外？但風(fēng)能和太陽能是那種要麼利用要麼流失的資源。要改變現(xiàn)狀，它們需要更好的儲存技術(shù)。 科學(xué)家正在從諸多角度應(yīng)對這個問題，但各個方面都面臨難題。舉例來說，一項技術(shù)是通過風(fēng)能將地下洞穴內(nèi)的空氣壓縮產(chǎn)生電能；將空氣輸送至燃氣渦輪機以提高燃燒功效。這其中面臨的一個障礙是：要尋找到大空間以及可用的地下洞穴。- _% x( s5 b7 t. ~
類似的，還有能夠吸收風(fēng)能待日後使用的巨型電池，但當(dāng)前的一些技術(shù)成本昂貴，其他技術(shù)則不是很有效率。盡管研究人員正在尋找新材料以提高性能，但要出現(xiàn)顯著技術(shù)飛躍的可能性不大。
鋰離子技術(shù)可能是電網(wǎng)存儲前景最好的技術(shù)，在這個領(lǐng)域內(nèi)該技術(shù)不會面臨像在汽車業(yè)中那樣多的限制。隨著性能提高和價格降低，公共事業(yè)機構(gòu)可能會向電網(wǎng)邊緣，較為靠近用戶的地方輸送小體積大容量的鋰離子電池。$ X Z; G" J1 u. E4 q* g+ R
這樣，這些鋰離子電池可以從可再生能源中存儲多餘的能源，有助於平抑電能供應(yīng)的小波動，提高電網(wǎng)的效率，降低對備用火電廠的需求。公用事業(yè)機構(gòu)可以利用汽車電池的研究成果。
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碳捕捉和儲存技術(shù)' d; s, g8 M" U9 M" q
繼續(xù)將煤炭作為一種主要的能源意味著需要努力去降低炭燃燒生成的二氧化碳。這可能意味著要建設(shè)更高效的新發(fā)電廠。但從當(dāng)前的電廠捕捉二氧化碳 （每年大約為20億噸）可能是一個真正能夠改變遊戲規(guī)則的技術(shù)。( n7 C: c' W7 Y% e! k& _8 M* D5 }
目前已經(jīng)出現(xiàn)了小規(guī)模的二氧化碳捕捉技術(shù)，但如果將這些技術(shù)用於大型發(fā)電廠會導(dǎo)致發(fā)電量減少三分之一，並導(dǎo)致發(fā)電成本增長一倍。因此，科學(xué)家正在尋找既能夠?qū)⑻寂欧帕拷档?0%，又能限制成本增長的試驗性技術(shù)。& s: H& d# u, I! ^) [( G
幾乎所有技術(shù)目前都處於初步階段，目前斷言哪種方法能夠最終勝出還為時過早。一個前景看好的技術(shù)是以金屬氧化物的形式燃燒煤炭和純淨(jìng)氧，而不是在空氣中燃燒；這種方法會產(chǎn)生較容易捕捉的二氧化碳集中氣流，幾乎不會影響電廠的效率。這種技術(shù)已經(jīng)在小規(guī)模試點項目中進行了展示，明年將用於一個裝機容量為100萬瓦的試驗電廠。但2020年之前，這種技術(shù)可能還難以投入商用。/ B3 t! o% L s- n; }$ w
下一代生物燃料
一個令我們逐步擺脫對石油依賴的途徑就是研製出可再生的運輸燃料。這意味著從非食品作物中研製出新一代的生物燃料。- e/ c# e$ i6 c/ J8 Z
研究人員正在想辦法將木材、作物廢料、垃圾以及柳枝稷等不可食用植物轉(zhuǎn)化為具有價格優(yōu)勢的燃料。但前景最為看好的新一代生物燃料來自於藻類。藻類生長迅速，會消耗二氧化碳，一英畝藻類每年可以生成超過5000加侖的生物燃料，而一英畝玉米每年只能生產(chǎn)350加侖的乙醇。
藻類燃料可以直接添加進當(dāng)前的提煉和分銷系統(tǒng)。理論上來說，美國可以生產(chǎn)大量的藻類燃料，足以滿足美國所有的交通運輸需求。6 d9 r. R/ k( u1 [2 ^* F4 ^" B8 o
但現(xiàn)在還為時過早，數(shù)十家公司已經(jīng)開始了試點項目和小規(guī)模生產(chǎn)。但量產(chǎn)藻類燃料意味著要尋找到可靠的、價格低廉的養(yǎng)分和水資源，控制可能導(dǎo)致減產(chǎn)的病原體，研發(fā)和培育產(chǎn)量最高的藻株。