编者按
据预测，到2020年世界人口很可能超过70亿，能源危机是影响人类生存与发展的大问题。统计显示，仅对电能的需求年增长率就大于2．5％，尤其是占人口80％的发展中国家，需求更旺。
人类目前使用的主要能源有原油、天然气和煤炭三种。根据国际能源机构的统计，地球上这三种能源能供人类开采的年限，分别只有40年、50年和240年。这个数字触目惊心。尤为严重的是，我国剩余可开采储量仅为1390亿吨标准煤，按照我国2003年的开采速度16.67亿吨/年，仅能维持83年。我国石油资源不足，天然气资源也不够丰富，已成为世界第二大石油进口国。所以，开发新能源特别是清洁能源，替代上述三种传统能源，逐年降低它们的消耗量，保护环境，改善城市空气质量早已经成为关乎社会可持续发展的重大课题。而目前，国际原油价格连年攀升，国内煤炭供应继续吃紧、电力供应频频告急。能源供应成为近期全球关注的焦点，也成为制约国内经济快速发展的瓶颈，尽快在新能源研究开发利用上获得突破备显紧迫。
那么什么是新能源？石油、天然气、煤炭、电能（包括：火力发电、水力发电）、核能——统称为传统能源。新能源是指——传统能源以外，新研究开发可利用的能源。目前新能源技术主要有哪些？本版向读者逐一介绍。
生物质能——
秸秆发电
麦收季节，田地中浓烟滚滚。腾腾燃烧秸秆的现象经常发生，燃烧秸秆在污染环境的同时，也在消费着大量的能源。掺烧秸秆发电，技术上可行。我国南方一些地方利用甘蔗渣掺烧发电，早已有先例。一些特种锅炉厂的技术人员经论证后确认，只需要对现有此类电厂锅炉炉膛稍加改造，再增加输料和袋式除尘装置即可。以秸秆替代部分煤炭作为燃料后，发电机组的稳定正常运行不会受到影响。同时，电厂掺烧秸秆后也不会增加污染。集中处理秸秆时，只要技术处理得当，对环境不但没有影响，而且会从总体上改善环境。
据专家介绍，农作物秸秆是一种很好的清洁可再生能源，每两吨秸秆的热值就相当于一吨煤，而且其平均含硫量只有3.8‰，远低于煤1%的平均含硫量。目前我国农作物秸秆年产量约为6.6亿吨，可作为能源用途的秸秆近2亿吨，至少可替代近1亿吨的煤炭。
“能源草”
能源草是一些草种杂交和改良后培育出的一个新草种。能源草对土质和气候要求不高，耐旱、抗冻，适合在盐碱地。该草种植；生长快，产量高，每公顷每年可产干草１５－２３吨，当年种植第一茬就可收获１０－１５吨，产草期长达１０－１５年；能源草压缩成草饼后的燃烧值接近或超过槐、橡、榉、杨木，而种植成本只有造林的1╱5到1╱4，燃烧后产生的污染物也很少，符合环保的要求。能源草还可以作为马牛等牲畜的饲料。和木屑混合后制成的纤维板也能用来制造家具和建筑材料。鉴于能源草的性能和特点，它提供能源燃料方面发挥重要作用。
草电站
现在，不少国家开始开发利用植物能源的新方式，建立“草电站”。草电站发电的主要原料是生长在当地大量的象草。象草因为大象爱吃而得名，是热带、亚热带地区多年生草本植物，这种草生长比较快，植株可高达3－5米，可燃性好，却没有多少实际用途，用于发电算是“变废为宝”。这座发电站建成后将每天24小时运行，每小时可减少1吨二氧化碳排放量，这样一年就可以减少8000吨左右的二氧化碳排放量。
为什么用草发电就可以减少二氧化碳的排放量呢？这实际上是和火力发电相比较而言的。火力发电站是排放二氧化碳的主要源头，由于象草生长比较快，可以大量吸收二氧化碳。而采用象草发电后，排出的二氧化碳可以被附近生长的象草及时地吸收，二氧化碳的排出量会小于象草的吸收量，这样发电站就不会产生多余的二氧化碳。除了用象草外，其他晒干的植物也可以用于发电，不过由于不同植物的处理程序不大一样。
菠菜造电池
科研人员参照太阳能电池的制造原理，利用生物技术手段发明了一种以植物蛋白为能量来源的新型电池，其具有便携无污染等特点。科学家们首先从菠菜叶的叶绿体中分离出多种蛋白质，并将蛋白质放到内有两层导电物质的一个特殊装置中间，制成这一新型电池。科学家解释说，由于蛋白质分子体积很小，并且在离开原有自然环境时将失去活性，因此提取蛋白质的过程十分复杂。他们便将这些蛋白质分子与一种肽分子混合，这种肽分子能在蛋白质分子外形成保护层，为其创造类似植物叶片内的生存环境。之后，科学家将提取出的蛋白质分子铺在一层金质薄膜上，而后在其最上方再加一层有机导电材料，做成一个类似“三明治”的装置。当光照射到这个“三明治”上时，装置内会发生光合作用，最终产生电流。届时这种新型植物电池将比目前市场上的太阳能硅电池更为高效。
碳水化合物
从植物中获取能量的最简易的方法是燃烧，将热能转换成电能。虽然燃烧植物适合固定发电厂，与燃烧相比还有一个更好的方法是将植物原材料转化成为汽车可以直接利用的能量。这种方法已经在植物油中含有脂肪酸的植物中采用，但此类植物只是所有植物的一小部分。现在，科技人员发现了从碳水化合物中制造燃料的方法，植物75%都是由碳水化合物组成的。来源于植物的碳水化合物类似于传统的柴油，因此它可以直接用于现有的交通设备。这种新型燃料比氢气更容易使用，因为氢气燃料需要不同类型的泵站和贮藏库系统。种植足够的植物就可以为汽车提供大部分能源。
在过去，碳水化合物一直被认为是昂贵的燃料能源。比如，葡萄糖经过发酵生成乙醇，再将乙醇加入汽油中，在发酵的最后阶段通过汽化的方法将乙醇从水中分离，这个过程浪费了大量能量，因此效率非常低。如果将植物的碳水化合物直接转变为如同柴油的长链碳水化合物，那么就完全可以避免发酵等大量消耗能量的过程。因为油和水不能混合，所以碳氢化合物浮到反应混合物的上层，通过虹吸方法就可以轻易地将碳水化合物与混合物分离。如果能够将这个转变过程改进得简易一些，就有足够能力与乙醇工业相抗衡。
“柴油树”
科学家在巴西发现了一种神奇的橡胶树，只要在这棵树的树干上钻个小洞，就可接到“柴油”，因而又称之为“柴油树”。澳大利亚有一种古巴树，每棵每年可获得约25升燃料油，且这种油可直接用于柴油机。美洲香槐草是产于美国的一种杂草，它生长在干旱和半干旱地区，每公顷土地可以收获约1600升燃料油。
一些藻类现在也是产油热点。这些“油藻”生长繁殖迅速，范围大，燃料油产量也高。如在淡水中生存的一种丛粒藻，它们简直就是产油机，能够直接排出液态燃油。另外一些目前尚未发现有明显经济价值的藻类我们也可以用它们来做沼气原料，而那些含糖量大的藻类则可以用来生产醇类作为燃料。
生物柴油
生物柴油为一种新的清洁能源，是以大豆、油菜籽等油料作物，油粽、黄连木等油料林木果实，工程微藻等水生植物，以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料。这种燃料的最大特点就在于它有良好的环保性，柴油车使用后排放的尾气中不含二氧化硫，而且碳氢化合物和一氧化碳也大大降低。
由于生物柴油在环保方面的优势，世界许多国家都将生物柴油的研发、生产作为一种重要的能源发展战略来抓。目前一些国家已经利用大豆等油料作物来生产生物柴油，但成本比矿物柴油高。
据专家介绍，柴油分子是由15个左右的碳链组成，而植物油分子一般由14－18个碳链组成，与柴油分子中碳数相近。因此生物柴油就是一种用油菜籽等可再生植物油加工制取的新型燃料。按化学成分分析，生物柴油燃料是一种高脂酸甲烷，可通过不饱和油酸C18为主要成分的甘油脂分解获得。
科研人员分析，生物柴油与常规柴油相比，有无法比拟的性能。首先，生物柴油具有优良的环保特性。主要表现在生物柴油中硫含量低，使二氧化硫和硫化物的排放降低。其次，生物柴油具有较好的低温发动机启动性能。无添加剂冷滤点达－20℃；同时生物柴油还具有较好的润滑性能，使喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率降低，使用寿命加长。
专家认为，“如果按照每吨2800－3400元计算，生物柴油可以形成300多亿元的产业”。
据统计，目前世界生物柴油年产量已超过350万吨，预计2010年可达3000万吨以上。欧美以及亚洲一些国家和地区正大力发展利用油菜制造生物柴油产业，而我国是油菜生产大国，发展油菜制造生物柴油意义可能更加重大。
垃圾油变生物柴油
利用垃圾油能生产出一种优质的生物柴油，一项新技术让这变成了现实。目前福建已经生产这种生物柴油5000多吨，其原料是食用油加工过程中的下脚料、地沟油、废猪油等垃圾油。
那么，垃圾油是如何变为生物柴油的呢？据介绍，垃圾油加入反应罐后，通过一种微酸性催化剂技术，使得其醇解和酯化可同时进行，反应速度也明显加快。另外，通过一种金属盐处理剂，解决了利用废旧动植物油脂生产柴油残留酸值高的关键问题。这两项关键技术都降低了生物柴油的生产成本，使得生物柴油从实验室走进了生产车间。
有关资料显示，我国每年消耗植物油1200万吨，直接产生下脚酸化油250万吨，大中城市餐饮业的发展也产生地沟油达500万吨。目前，这些垃圾油一般都作为废物处理，还有一些经过地下作坊重新流入餐桌，直接造成污染。这一情况可能因此得到改变。
城市污水成新能源
在开发新能源领域，我国科研人员独辟蹊径在遍布城区的下水道里取得成功，使城市污水成为取暖、制冷的新能源。这项“城市原生污水热能资源化工艺与技术”为世界首创，具有广泛的应用前景。
目前，我国的建筑能耗平均为总能耗的近20％，而在建筑能耗中，暖通空调能耗约占85％，在能源消耗中具有举足轻重的位置。
城市污水中蕴含着大量热能。我国北方城市冬季排入下水道的污水温度约为10℃，夏天为22℃左右。将这些热量利用起来为建筑物调节温度，所替代矿物能源的数量是极大的。利用冷热泵及特殊的污杂物处理装置，克服了与水质极差的城市原生污水换热过程中管路设备的堵塞与污染问题，从城市污水中提取热、冷量向建筑物供热、供冷，在无污染的情况下变废为宝，将城市污水中蕴含的可用能源用于建筑物的采暖空调，为城市污水的资源化，开发利用可再生性低品位清洁能源开辟了新的途径。
电能——
风力发电
利用风力带动风扇叶片旋转，从而使磁力转子切割磁力线产生电能的方法称为风力发电。日趋严峻的能源供应形势让中国风电开发乘上“东风”。
中科院院士何祚庥指出“风电是电力行业的先进生产力，资源无尽、成本低廉，确立能源领域的科学发展观，将风电提高到战略地位刻不容缓。而蓄电池储能像具有高能量密度的锂离子蓄电池就是解决风电储能一条重要途径……”
据专家介绍，我国风能资源仅次于美国和前苏联，居世界第三位。我国探明风能理论储量为32.26亿千瓦，而可开发利用为2.53亿千瓦，近海可利用风能7.5亿千瓦。风能是水能的10倍，只要能够将地球1%的风能利用好就能满足全球能源的需要。
资料表明，到2020年，风力发电可提供世界电力需求的12%，创造180万个就业机会，并在全球范围内减少100多亿吨二氧化硫废气排放。可再生能源是能源的未来，是唯一的可持续的未来。我国开始加大力度重点扶持发展新能源和洁净能源，目前，大于1000千瓦风电机组进口免征进口关税；风力发电减半征收增值税，优先无条件上网，上网电价优惠，这些政策都极大促进了风电的发展。
我国内蒙古风力资源优势得天独厚，其中风能总储量为10.1亿千瓦，可利用风能总功率为1.01亿千瓦，居全国之首。
废弃塑料发电
废弃塑料发电将成为新能源的支柱之一。废弃塑料发电比风力发电麻烦得多，但同样具有防止地球变暖的效果，废弃塑料发电和风力生物发电相比，风力和生物发电功率较小，废弃塑料发电功率大，废弃塑料发电可以和太阳能一起构成新能源的轴心。
据有关部门统计，仅日本国内每年废弃塑料为489万吨，其中只有25％成为再生资源，3％用于发电，6％白白烧掉，42％作为垃圾掩埋处理。利用废弃塑料发电既可减少垃圾，保护环境，又可节约能源。
利用瓦斯发电
煤层气，俗称“瓦斯”，它与煤共生，是地下可燃性气体。长期以来，它在地下严重威胁矿工的生命安全。但它作为一种能源，具有优质、高效、洁净、廉价的优点。科研人员发现煤层气可利用发电，为机动车提供大量的新能源。开发利用瓦斯，同时建立发电厂、化工厂和加气站等，可使“瓦斯”变害为利，造福社会。
水质能——
可燃冰
“可燃冰”学名叫“水合天然气”，是一种甲烷气体的水合物，大量存在于海底大陆坡上段５００米－１０００米处。其在海底接近冰点和近５０个大气压的淤泥中，形成了冰雪般的固态。它外面看似冰，一点火则可以烧起来，就像火烧冰激凌。原因是大量甲烷分子被锁在了水分子里，如果把甲烷从冰中释放出来，体积将是水的160多倍。有人预测，全球水合天然气的总量，相当于人类用过的所有化石能源(包括煤、石油、天然气)总量再乘以2。
１立方米的“可燃冰”燃烧，相当于１６４立方米的天然气燃烧所产生的热值。据粗略估算，在地壳浅部，可燃冰储层中所含的有机碳总量，大约是全球石油、天然气和煤等化石燃料含碳量的两倍。也就是说，“可燃冰”如能作为一种新能源，便能很大程度解决能源问题。大约用10年时间，人类有望解决好“可燃冰”的开采和清洁燃烧的技术问题。从目前勘测的初步结果看，仅南海北部的“可燃冰”储量就已达到我国陆上石油总量的一半以上。在我国，南海和东海是“可燃冰”蕴藏量比较丰富的地区。 目前多家研究机构在对我国“可燃冰”进行储量勘测、开采利用等方面的研究。从研究进展情况看，到2008年前后，国内的“可燃冰”总储量有望被勘测清楚，预计在2015年试开采这些“可燃冰”。
地下热能——
浅层地能
我们脚下的土地是个“大聚宝盆”——巨大的能源供应基地。浅层地能作为一种新的替代能源，具有非常广阔的发展前景。浅层地能是地球浅表层数百米内的土壤砂石和地下水中所蕴藏的低温热能，其能量主要来源于太阳辐射，是太阳能的另一种存在形式。专家测算，我国近百米内的土壤每年可采集的低温能量是我国目前发电装机容量4亿千瓦的3750倍，而百米内地下水每年可采集的低温能量也有2亿千瓦。较之深层地热，浅层地能分布广泛，储量巨大，再生迅速，采集方便，开发利用价值大。
浅层地能是替代建筑物传统供暖（冷）能源的首选。这是因为建筑物供暖（冷）室内温度要求不高（冬天约20℃，夏天约27℃），采集小于25℃的浅层地能，经绝热压缩稍加提升至40℃－50℃，即可充分满足供暖温度要求。我国已经成功掌握了单井抽灌式浅层地能采集技术，并开发了以此技术为核心的三联供装置（供暖、制冷、供生活热水）——中央液态冷热源环境系统。据悉，自2000年开始，北京应用浅层地能为一些建筑物提供三联供，结果表明，整个过程不仅实现了使用区域的“零”污染，而且节约供暖（冷）用能的50%－75%。
太阳能——
太阳能
太阳作为一个巨大火球，太阳每时每刻都在进行剧烈的反应，从而产生巨大的能源流。据测算，太阳每秒钟将81万亿千瓦的热能量送给地球，晴天，太阳每秒钟照射地球每平方米为1度电量，每秒带给地球的总热量相对于现今全世界每秒发电量的数万倍。地球每秒钟所获得的太阳能量相对于燃烧500万吨优质煤所发出的能量。
目前，普遍采用的太阳能利用方法是利用光敏半导体器件在太阳光的照射下产生电流的方法，加以利用太阳能。
而太阳每年照到地球表面的能量，相当于全世界每年能源消耗总量的1万倍。目前太阳能利用中最主要的是对可见光的利用，可太阳光中可见光能量只占到整个太阳能的43％左右，如何提高太阳光中的可见光利用率成为这一研究最大的关键点。按照世界上公认的标准，太阳能转化为化学能转化率达到5％就可以投入运用。中国科学家计划在2030年左右，将转化率提高到15％以上，并在世界上首次成功地开发出可见光相应型水完全分解光催化剂。首次实现了在户外实际太阳光下光催化分解水制氢的实验，使其在实验室内得出的研究结论得到了证实。该技术已经在日本和我国国内申请了专利。
太阳所散发的热量中只有22亿分之一的能量到达地球，在太空建立太阳能电站，可以克服由于太阳光被地球大气层反射、折射、散射和吸收后损失的能量，还可以克服晚上没有太阳和阴天、雨天减少的可利用的能量。其独特的优势，使太空发电前景非常广阔。而最有希望的能源是直接将太阳能转变为电能，它可克服火力发电污染严重、消耗燃料，水力发电水源严重不足等难题，在太空中利用太阳能发电，可以在不需燃料，无污染，不需架设输电线路的情况下，直接向空间站或航天飞机上供电，也可向地面供电。
太阳能发电站
在太空利用太阳能发电，将所获得的能量以微波的形式发送至地球加以利用——这样一个关于太阳能发电站（SolarPowerStation，缩写为SPS）的伟大构想正在酝酿，如果能够实现，人类也许能够获得无限的绿色能源。
因此，太阳是一个取之不尽、用之不竭的洁净能源宝库，充分利用太阳能前途无量。太阳能发电站SPS，也有不同的形式：
一种SPS形式叫太阳塔的反向镜。太阳塔的反向镜看上去很像树叶,它们被接在与输送天线相连的集电线杆上。反向镜的直径约为50米,绵延约15公里。在从反向镜的根部延伸出来的支柱上设置了太阳能电池,可以把镜面反向的太阳光能变为电力。太阳塔在距地球1000－1.2万公里的轨道上绕地球运行,把获得的电力用5.8吉赫1吉赫=109赫兹的微波传送到地面上直径约4公里的接收天线上。总发电量25兆瓦1兆瓦=106瓦级的太阳塔,建设费估计为80亿至150亿美元,成本远远低于标准模型。
一种SPS形式叫太阳能“发电厂”。在太空中建立起一些太阳能“发电厂”，直接为地球上的人类提供能源，科学家们已经解决了一些最主要的相关技术难题，有望在50年后让地球人用上直接来自太空的能量。科学家们已经研制成功太阳能“发电厂”的新型激光设备，这将是未来“太空发电厂”向地球传送能量的最重要部件。科学家说，该设备将可以利用激光光束把在太空中收集到的能量传送回地球。首先利用太阳能电池在离地球3.6万公里的太空中收集太阳能，然后通过激光光束把能量发送回地球。
一种SPS形式叫太阳能微波输电。SPS有着无可比拟的优越性。升入太空轨道后不会造成任何污染，不会导致“温室效应”和全球性气候变化。而且由于没有云雾遮挡，辐射能量十分稳定，没有季节和昼夜的变化，可在任何时候吸收太阳光进行发电。
可控热核聚变能——
人造太阳
核能是指原子核能，即原子能，是原子结构发生变化时放出的能量。重金属元素铀、钚的原子核发生分裂反应时会释放巨大能量，这种分裂反应简称裂变。目前世界上的核电站是依据核裂变原理发展起来的。
产生核能的另外一种方法是，轻金属——氢的同位素氘、氚的原子核发生聚合反应时产生能量。聚合反应简称聚变。聚变是太阳和其他星球能量的来源。在万有引力的作用下，当一颗星球中心的物质的密度和温度都达到一定的程度，足以产生热核反应的时候，星球就会发闪闪发光。依照这一原理，科学家找到了在地球上产生核聚变的途径。第一步是用高压和高温施加于体积极小的物质，使这些物质在其等离子状态消失前产生聚变。第二步是在极高的温度下设置并保持一个等离子区，它应是一个环状真空管，能生成1—2亿摄氏度高温。因此，又被称为人造太阳。
氢弹用的就是聚变原理，但是这一过程不可控。不可控的瞬间能量释放只能给人类带来灾难。热核反应堆则是可控核聚变，其安全风险低得多，产生的放射性微乎其微，也不产生核废料，可循环使用。
海水中含有氢的同位素，300公升海水能够提供约1克氘，这就意味着，单靠海水，就能满足人类100亿年的能源需求。理论上，只需1公斤氘和10公斤锂(通过锂可得到氘)就可以保证一个聚变核电站一天之内以1000兆瓦的功率发电， 而得到这么大的功率需要500公斤铀或1万吨煤。
以海水中的氘为主要原料的核聚变反应堆一旦投入商业运用将产生巨大电能。这意味着单靠海水为原料进行核聚变反应，就能满足人类100亿年的用电需求。
反物质
将火箭加速到亚光速会面临极大的困难。总之，即使利用热核反应堆一路加速，恐怕也无法使飞船在飞往半人马座的航程中达到0.5倍光速的平均速度，现在将有另一种新能源——反物质。
最早发现的反物质是反质子和反电子，物理学家们早就熟悉它们，并且意识到它们和构成我们身边物质的通常的基本粒子仅有极其微小但却是原则性的差别：它们和对应的基本粒子具有相同质量，但如果有电荷，必然和通常的基本粒子相反，如质子带正电，反质子就带负电；电子带负电，反电子则带正电(其实它最早就被称为正电子)。那些没有电荷的粒子，如中子，也有它们对应的反粒子，正反中子的区别在于自旋，这是一个表示粒子磁性的参数。几乎所有已知粒子的反粒子都被发现了，只有光子是个例外。物理学家论证了不存在反光子，因为反光子就是光子自己。各种成对的粒子与反粒子一旦相遇，便会在释放出γ射线、π介子和极大能量的同时同归于尽，这就是所谓“湮灭”效应。
这一效应将被“湮灭”的两个粒子的质量几乎完全转化成能量，效率大大高于核裂变和核聚变。正反物质“燃烧”产生的能量大约是核燃料如U235的100倍，而且“湮灭”效应是自然发生的，并不需要像核聚变那样用难以想像的高温高压来“点火”。应用反物质发动机，把一艘质量为1000千克的飞船加速到0.1倍光速，经计算只需9000克的反物质“燃料”。
目前得到反物质还存在很多困难，在发现或者发明高效率的反物质制备手段以前，此种新能源还不能应用。
（综合事务部供稿） |
