未来的能源——能源转型进行时

尽管有人认为很快会过渡到使用可再生能源的时期，不需要任何过渡燃料，但绝大多数人则认为，过渡燃料非常重要。虽然出现了许多种类的过渡资源，如深井天然气等，但人们最关注的还是煤炭和铀。

煤炭的获取不存在什么困难。美国以及其他很多国家（比如印度和中国）的煤炭储存量都很大。对于这些国家来说，大量的煤炭储存量可以让它们不依赖其他国家的进口，从而避免这种依赖带来的国家安全问题。

科技在整个局势中起着重要作用。如果我们依靠传统核反应堆，铀的获取会存在困难。如果各国都开始使用新一代增殖核反应堆，燃料的利用范围就可以更广，燃料获取的困难也就不存在了。以美国为例，根据热平衡原理换算：如使用传统反应堆，国内的铀资源相当于石油和天然气资源的4.2倍，但如果使用增殖核反应堆，铀相当于石油和天然气的252倍。

这两种燃料的特性定义中包含了其对环境的影响。煤的主要缺点是污染大气。煤中的硫含量很高，硫是二氧化硫的主要来源，而二氧化硫又是形成酸雨的罪魁祸首。同时，煤也是引起全球温室效应的空气粉尘和二氧化碳的主要来源。

另一种过渡燃料——铀，通常用于核电站，同样有其自身的局限性，主要问题当属安全问题。其中两点显得尤为突出：1.核事故；2.放射性核废料的处理。

利用核反应堆发电会产生放射性物质。如果这些物质泄漏到大气中（比如在一次核事故中），并以一定浓度与人体接触，就会导致人的生理缺陷、癌症，甚至死亡的发生。一些放射性物质也可能在工厂正常运作的过程中泄漏出去，但核事故仍然是核能的最大威胁。

核事故可能会向环境释放大量的放射性物质。核事故有很多种，其中最危险的就是“核心区崩溃”。曾有一段时间，“核心区崩溃”的情况被人们认为是几乎不可能的。而在1986年4月25日，前苏联的切尔诺贝利核电站发生了严重的“核心区崩溃”事故。尽管大家普遍认为西方工业化国家的安全防范水平比前苏联高，但这一事件还是给这个困难重重的行业增添了又一层阴影。

核能的利用承受着经济和政治的双重压力。新核电厂的建设变得更加昂贵，部分原因就在于为了要提供一个更安全的防范系统，规范要求在逐步提高。这样它相对于煤的经济优势就消失了，人们对新建核电厂的需求也没有了。例如，在美国，1973年有219家核电站处于计划建造或运行之中。到1998年底，核电站数量锐减到104家，并没有任何人申请建造新的核电站。

对于核能利用，并不是所有国家都会做出同样的选择。瑞典不仅承诺不再建设新的核电站，而且还保证在21世纪初期关闭那些正在运行的核电站。而在法国和日本，标准化的电站设计和稳定的管理使得核电站的发电成本低于煤动力发电的成本。这两个国家都在扩大核能的使用。

另一个值得注意的问题就是核废料的处理问题。这个问题牵涉到核燃料循环的两个端点：开采铀矿产生的废渣处理以及核反应堆的废料处理，后者引起了人们的更多关注。铀矿渣包含了好几种元素，其中最重要的成分是钍230，它的半衰期是7.8万年。

核反应堆的燃料废渣里包含了许多有不同半衰期的放射性元素。在最初的几百年里，放射性物质主要由裂变产物产生，主要是锶90和铯137。大约1000年以后，大多数的放射性元素都会完成衰变，只留下原子数大于铀元素的半衰期更长的元素，这些元素在24万年内都可能带来危险。当下我们做出的决策不仅可能以核事故的形式影响到当代人，还将影响无数后代人（因为核燃料废渣长期具有放射性）。

联邦政府建立了核管理委员会，其责任之一是负责监督核反应堆的安全。1979年3月28日三里岛发生核事故之后，当地成立了主管委员会，对这一安全体系进行独立评估。在1979年10月30日发表的最终报告强烈批评了现行制度，同时提出了一系列完善现行核能制度的方案。虽然理论上核事故问题是可以解决的，但实际上却很难做到。

过渡燃料所带来的环境问题给发电带来了相应的困难。尽管替代燃料和太阳能最终会变得日益重要，但许多专家仍然认为，随着人们逐渐认识和接受，这样的能源最终进入市场会是一个缓慢的过程。

从长远来看，我们对能源的需求最终由可再生能源来满足，一方面因为不可再生能源已几近枯竭，另一方面，更大程度上是由于不可再生能源的环境成本非常高，使得可再生能源更为经济。

现有和可预见的未来的能源消费模式正在破坏着全球气候，这让我们对能源的转型有非常迫切的需求，而能源转型的实现主要取决于科学上的不确定性如何解决。如果第三世界国家也跟随工业化国家走上以化石燃料为基础的能源密集型道路，释放到空气中的二氧化碳将会达到史无前例的程度。一半的发展中国家需要依靠进口石油来满足国内75%以上的能源需求。无论是对于工业化国家还是对于第三世界国家来说，任何旨在减少二氧化碳排放量的政策都要牵涉到化石燃料向其他能源形式的转化。我们的研究机构能有效地帮助其完成这种转化吗？

可再生能源的形式是多样的。流动的水可用做水力发电；生物体可以用来燃烧；太阳能可用来产生热量推动蒸汽机或直接通过光电效应转化为电能；风能可以推动汽轮机；通过太阳能从空气中提取出来的氢气可以作为汽车或熔炉的燃料；从地球深处获得的地热也能发挥很好的效用。

这些资源融入市场的程度取决于其相对成本以及消费者的接受度。随着研究的深入，更好的利用方式被研发出来，可再生资源的相对成本必然会随时间而改变。光伏电池的使用，就是科学研究降低成本的最好例证。

光伏是太阳能向电能的直接转化。由于市场潜力巨大，私营企业对其很感兴趣，并投入了大量的资金来提高其商业可行性。这些研究投入都有了丰厚的回报。1976年，用电高峰期时，每组光伏电池产生的每瓦特电能的平均市场价格为44美元，总共销售了50万瓦特。到2002年，价格已经降到每瓦特3.75美元。使用光伏电池的农村电力工程已经逐渐进入第三世界国家。

风能也开始大规模进入市场。新的汽轮机技术降低了成本，增加了风力发电的可靠性，使它即使在没有将环境成本内部化的前提下，也能在优势地区内与传统能源展开竞争（优势地区是指风力稳定而强劲的地区）。尽管世界上尚有许多未开发的优势地区，但随着这些地区的开发利用，风能在整个能源组成中的比例最终会有个上限。

氢气作为一种能够在长远未来被利用的燃料，最近引起了人们的强烈关注（例如，冰岛就已经宣布计划发展氢燃料经济）。虽然氢是地球上含量最多的元素之一，但它通常以化合物的形式存在。比如水就是两个氢原子和一个氧原子组成的（H2O）。氢元素也以碳氢化合物的形式存在于许多化石燃料之中，比如汽油、天然气、甲醇和丙烷。

通过加热，氢可以从碳氢化合物中提取出来。目前，大多数的氢气都是从天然气中提取出来的。另外，水也可以提取氢。如果把电流通过蓄水池（比如使用光生伏打电池的方法），水就会分解成为两个组成元素的单质：氢气和氧气。美国宇航局在1970年就开始使用液体氢气燃料束推进航天飞机与火箭进入轨道。

除了直接燃烧，氢气还可以用于燃料电池。燃料电池有非常广阔的前景，可以为建筑物提供热能和电能以及为电动车供电。氢燃料电池为美国宇航局航天飞机电力系统提供能源，并能够产生清洁的生成物——水，可以供宇航员饮用。

以氢能源为基础的经济形式要成为现实，还需要克服一些障碍。氢能源使用技术在目前还比较昂贵，向消费者供应氢气的设施也不够完善。

如果没有政府的作用，氢气很难具备足够实力与其他常规能源竞争。使用氢能源能够大幅度地减少环境损失成本，这是一种外部性。而消费者在选择燃料时，很可能会忽略这种外部性或不那么重视这种外部性，那么对氢能源的需求就会产生偏见。除非政府制定一些调节政策（比如，对污染严重的燃料征税），那些潜在的供应商才不会在进入市场中受阻。

（摘自人民邮电出版社《自然资源经济学》 作者：[美]汤姆·泰坦伯格 译者：高岚 等）