環保勢在必行，可再生能源能否全面替代化石能源?

　　每年，全世界會用掉 350 億桶原油，這種對化石燃料的大規模依賴會污染我們的地球，據科學家估計人類已經使用了大約世界總油量的百分之四十，如果以這個速度持續下去，我們將在大約 50 年后用盡地球上所有的油和氣，在一個世紀后用盡所有的煤炭。另一方面，我們擁有充足的陽光、水和風，這些都是可再生能源，如果我們可以把對化石燃料的依賴轉換成只依靠可再生能源的方式會發生什么呢?

　　幾十年來，我們一直在思考這個問題，然而，可再生能源仍只能滿足我們對能源需求大約百分之十三左右。因為要達到百分之百的利用率，可再生能源需要更廉價，而且要容易得到，這是項艱巨的挑戰。全球能源使用是一個多樣而且復雜的系統，并且不同的需求需要個性化的解決方式，為了簡化問題，我們將集中于日常生活中最常用的兩類能源：電能和液體燃料。電能為高爐、電梯還有所有企業和制造業提供所需的能量。同時，液體燃料也起到了關鍵的作用，它幾乎主宰著所有方式交通工具的運行。

　　讓我們先來分析電能，目前我們的技術已經發展到了可以捕獲從可再生資源那里得到的能量，而且這種供給資源十分充足，太陽持續放射大約 173 萬億瓦特太陽能到地球，這是我們目前所需能量的大約1 萬倍。據估計，幾十萬公里的地球表面應該足夠提供我們人類目前使用水平的能量供給，那為什么我們不去獲取太陽能呢?因為有其他阻礙，例如產能效率和能源運輸。為了產能效率最大化，太陽能發電廠必須建在長年有充足陽光的地區，例如沙漠，但是那些地區離能量需求高的人口密集地區卻很遠。

　　我們還有其他可再生資源值得考慮，例如水力發電，地熱發電和生物發電，但是它們同樣具有地域限制。原則上講，一個相連的電能網絡通過全球縱橫交錯的電線連接，可以讓我們把電能從發電廠運輸到用電的地方，但是建造這種規模龐大的系統需要支出的費用是個天文數字。當然我們可以通過發展高科技來降低成本，以更有效率地捕獲能源。

　　同時，運輸能源需要的基礎設施也不得不發生巨大的改變，目前的電線會損失百分之六到八的電能，這是因為電線材料會通過電阻消耗能量，電線越長意味著消耗的能量越多。而超導體將是一種可能的解決方案，這種材料可以在沒有能量耗散的情況下運輸電能。不幸的是，它們只能在低溫環境下工作，這就需要額外的能量來控制溫度，結果適得其反。為了在這個技術上獲益，我們將需要研發可以在室溫下工作的新型超導體材料。

　　那基于石油的重要液體燃料怎么樣呢?它的科學挑戰是把可再生能源以容易運輸的方式進行儲存。近來，我們已經在生產鋰離子電池方面大有進步，它很輕而且擁有高密度能量，但即使是最好的鋰離子電池，其每千克儲存的能量也只有 2.5 兆焦耳，相比一千克的石油提供的能量要低上大約 20 倍。如果要提升鋰電池的競爭力，那必須使其儲存更多的能量，而且不增加成本。隨著載體變大，挑戰也就越大，例如：船只和飛機。給一架噴氣式飛機提供橫跨大西洋飛行的能量，我們需要一個重約 1000 噸的電池，這個問題也需要技術上的創新來解決，使新型電池擁有更高的能量密度和更好的儲存方式。

　　一個很有前景的解決方式也許是高效地把太陽能轉換成化學能，這已經在某些實驗室里開始了，但效率仍然太低，遠不能滿足市場需求。要找到更高效的解決方式，我們需要不斷創新以及強大的激勵政策。人類向全部可再生資源轉移是一個復雜的問題，它涉及到技術，經濟和政治，但我們應該保持樂觀心態，并相信我們是可以做到的，因為目前世界頂級科學家們正在尋找解決這些問題的方式而且一直在取得突破，許多政府和企業也正在進行技術投資，力求為我們創造源源不斷的新能源。