主题：【25个科学问题翻译】何时何物来换油？ -- ArKrXe

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【25个科学问题翻译】何时何物来换油？

What Can Replace Cheap Oil--and When?

Richard A. Kerr and Robert F. Service

外链出处

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旧能源对新能源转变的道路并不平坦，但佚今为止所经历的转折还是相当顺利地。在数千年间对木头的依赖以后，人类社会引入了煤炭和重力驱动水能。然后工业化开始，石油时代来临，陆上和空中输运随之腾飞，然而好像并没有人忧虑‘产生下一块煤炭的木块’来自何方，也没有人关心爆炸性的能源生产增长对当前的世界意味着什么。

时过境迁，现在，石油价格正在飞涨，南北极地的冰块正在因为全球温度的上升而消融。那么，是否下一个重要的能源转换过渡还能如以前那样一样顺利吗？要回答它，首先要面对的是下面三个问题: １）世界石油生产的峰值在何时？２）地球的气候对人类大量燃烧矿物燃料产生并排放入大气的二氧化碳有多敏感？３）可替代能源是否足够便宜？这些问题的答案扎根于在科学和技术，但并不足以揭示人类社会的反应，因为那更属于政治的领域。

在世界石油将很快短缺这个问题上，并没有很大的分歧，现有的讨论主要关于是何时耗尽。全球的石油需求量每年要上升1% 或2%，每一秒钟，大约有1000 桶原油被从地下开采出来。悲观者（主要是前石油公司地质学家）的论点认为，石油耗尽的时间将很快来临。他们的论断援引自美国地质学家 M. Hubbert King在1956年成功预言美国石油生产在1970 到达峰值的例子。他们使用了同样方法来研究过去石油生产和发现的纪录，预言世界石油生产将在这个年代末（~2010）达到顶峰。而乐观者（主要资源经济学家）则认为石油生产更依靠是经济和政治因素，而不是“仅仅是地下所发生的事情”。他们认为新的工艺技术将被引进，生产也将随之继续上升。但即使如此，本世纪中叶（~2050）是任何人都不能逾越的极限。对美国来说，石油占其能源消耗的40%，这意味着替换石油的行动必须要‘尽快’进行了。除此之外，对气候变动增强的担心，使得向非化石燃料的转换更加迫切。

如果石油供应或者气候问题果真推动了替换矿物燃料的进程，我们其实有着相当多的替代能源可供选择。譬如，太阳照射地球表面的功率是86,000 万亿瓦特（8.6E16），这相当地球上人类使用的总功率的6600倍。另外，风能, 生物能，原子能也都相当充足，况且，今后并不乏实现更高效率能量利用的机会。

当然, 替代能源有着它们自己的问题。核裂变能源的支持者至今还未能发现无争议的处理长寿命放射性废物的方法，相应的职责和资金的高成本足以使电力公司们望而却步。可再生能源（风能，潮汐能等）的来源往往是弥散式的（大范围，低能量密度），这使得企图用低廉的代价进行大规模能量收集的努力往往相当困难和昂贵。到目前为止，风力发电在全球的总装机容量为400亿瓦特（4E11），提供的电力价格为大约4.5美分／度。

那听起来好像相当不错了，但和矿物燃料相比，可再生能源的利用仍然是非常有限的。在美国，可再生能源仅仅占了整体电力供应的6%。并且, 全球的能量需求预计将从现在的大约13万亿瓦特（1.3E13）增长到本世纪中期的大约30~60万亿瓦特（3~6E13），这意味着如果可再生能源想要替代现有能源，并对未来世界能源需求产生重大冲击的话，其利用必须有非常显著的增长才有可能。

要怎么做呢？提高能量使用率无疑是所有能量计划一个必要条件―起码能够为我们赢得宝贵的时间来改善替代能源的技术。与三十年前相比，太阳能电池的造价已经下降了二个数量级（100倍）。大多数专家认为这个价格需要再下降100倍才能使太阳能系统广泛被采用。而纳米技术的发展甚至提供了制作革命性的半导体系统的可能，这种纳米半导体系统可能大大促进太阳能的收集效率，甚至可以直接地由阳光,CO2和水生产化学燃料（光合作用）。