清洁能源的“后患”

吕静

有一种说法叫“美国梦”，说的是“让所有公民过上更好、更富足、更幸福的日子”，这意味着住在宽敞的、四季如春的房子中，一个家庭拥有一辆到三辆汽车，还可能有一条游艇或一个度假屋，至于经常坐飞机出国旅游那就更不用说了。

问题是，这种生活方式会消耗大量的能源——如果世界上每个人都像美国人一样生活，那么，我们每年需要的能源将是现在的10倍。而且，在一百年或三百年内，人们有望开发出会照顾人的机器人，并且可能到太空去旅游，这样一来，势必需要更多的能源。那么，我们到哪里去找能源呢？

因为二氧化碳对全球变暖的巨大影响，继续依赖化石燃料将会导致灾难性的后果。但是，可再生能源也同样会影响气候，虽然现在“清洁能源”对气候带来的影响，与那些排放温室气体的化石燃料相比还微乎其微，但是，如果我们在未来的世纪中继续使用越来越多的能源，那么，这种影响就将会越来越显著。虽然这方面的研究还处在起步阶段，但业已出现了一些惊人的结论。

废热效应

有人提出，核能并不是能源问题的长期解决方案。就算是发展可再生能源，如风力发电，也要慎重。因为，其大规模的应用将会产生局部和全球的影响。不过，这些影响不一定都是坏事，我们也许可以利用它们改进气候，用来抗衡全球变暖。

正如美国哈佛大学斯密森尼天体物理中心的艾瑞克·蔡森所指出的，任何行星范畴的文明都有一个根本问题，即不管你使用什么样的能源，它最终都会变成“废热”。比如，你给手机和电脑充电，其中很多电能都以加热电路而告终，其余的则转变为无线电波或光，这些波会被其他表面吸收，最终再转变为热。这与你在厨房使用搅拌机、在室外使用电钻，或在家里打开电扇的道理是一样的，除非你试图向外星人传送无线电信号，一般情况下，你使用的绝大部分能量都终将让地球“发热”。

现在，人类在任一时间使用的能源量略超过16万亿瓦特，这与同时间内地球所吸收的12万万亿瓦特的太阳能相比当然是微不足道的。在过去的几千年中，地球大致处在平衡状态，气候变化不大，然而现在温室气体水平不断上升，大概有不到380万亿瓦特的热量逸出，其结果是，地球正在变暖。这种变暖是由于16万亿瓦特或者说是人类活动所产生的废热所致。如果人类不顾我们所面临的巨大挑战，而持续使用越来越多的能源，废热在未来将会成为一个巨大的问题。据蔡森计算，如果我们对能源的需求增至5000万亿瓦特，地球温度就会增加3°C。

这种废热制暖的效果将与由于二氧化碳（CO2）水平提高而造成的变暖作用叠加在一起，对地球温度带来影响。如此大量的能源使用，现在看起来似乎还难以置信。然而，如果我们的能量消耗继续呈指数级的增长，到2030年即可以达到这个数字了。

蔡森说他的研究只是粗略的估算，他情愿有人能够证明他是错的，但迄今为止，还没有人这么做过。相反，美国国立大气研究中心的马克·弗兰纳已经建立的初步模型表明，到2100年，废热会导致大型工业地区升温0.4°C到0.9°C，这与蔡森的估算是一致的。而现有的一般气候模型并没有把废热效应计算在内。

这是不是意味着人类文明会被它本身所消耗的几百万亿瓦特的能源所限制了？不一定，这取决于能源来自何处，假如你将太阳能转变为电，然后用它来烧开水，这并不会导致地球变暖。但是，如果你使用从化石燃料或核电厂来的能源烧开水，你就增加了额外的热量。蔡森说：“唯一不会给地球增加热量的能源就是太阳能及其衍生能。”所以，即便核聚变可以在理论上提供一种无限的能源，但在能源需求持续增长的情况下，我们也不能随意使用核能，这样才不会令地球明显变暖。

合理开发风能和太阳能

在地球上，人类可能已经没有机会将温室气体降低到工业化之前的水平。虽然废热造成的变暖作用并不是主要的，不过蔡森认为，我们不妨尽可能快地“切换”到以太阳能为基础的能源上。“人人都同意我们必须采取行动来阻止二氧化碳的上升，但是，我们还需要担心因长期的能源使用而对大气造成的额外加热作用。”他说：“我的观点是，如果我们可以同时兼顾这两项，那么，为什么不现在就采取行动呢？”

这正是斯坦福大学的马克·雅各布森的观点。他一直在推行一个雄心勃勃的计划，要在2030年大规模启动可再生能源。他设想，这其中风能和太阳能可能占到90%。但如果到了这样的规模，即便是可再生能源也会开始影响气候。

以风电为例，2010年，伊利诺伊大学香槟分校的索姆纳特·巴达·罗伊报道，风电农场影响当地气候。加利福尼亚桑哥弓尼奥风电场的长期数据证实了他的早期模型预测：夜间，风力涡轮机后侧地面温度比前面要高。

罗伊认为，由涡轮机产生的气流从上层吸入空气。白天，最热的空气一般靠近地表，则对高于地表的环境具有降温作用；夜间，靠近地表的空气比上层更冷，则可能有让环境变暖的作用。如果将风电农场置于有很多涡流的地区，这种效果可能会最小。

但是，有人可能并不想将这种效应最小化。纽瓦克特拉华大学研究风电的克里斯蒂娜·阿彻说：“出于农业的原因，这些作用实际上是受人欢迎的。”利用这一策略建设风电场，可使农作物保持冬暖夏凉，并能降低秋冬季节的霜冻风险。如今，美国加利福尼亚和佛罗里达的农民已经在通过使用风电涡轮机吸取暖空气来抵抗霜冻了。

2004年，由加拿大卡尔加里大学的大卫·凯斯所领导的一项研究表明，在2万亿瓦特的水平，风电对气候的影响可能开始变得明显。按照德国耶拿大学马克斯·普朗克生物化学研究所的阿克塞尔·克莱登等人的研究，风电的影响取决于我们所得到的有效功率比例。他们最近计算出有多少风能是从上到下——从太阳辐射进入开始，驱动风产生大气温差的。这一研究小组称，提取现有的所有风能可能会产生气温和降水的变化，但是他们并不认为地球会因此而全面变暖。

不像克莱登的研究是基于对风速的实际测量，阿彻和雅各布森则是从下至上进行估测，在陆地和海上100米的海拔高度，有风能1700万亿瓦特，在这些风能中，72万亿～170万亿瓦特可以以一种实用和有成本效益的方式用来开发使用。这种规模的风能开发对气温和降水的影响非常小，以至于我们不能从自然变化中区分出来。

不过，与太阳能相比，风力资源仍比较有限。 蔡森说：“我认为地球上根本就没有可以获取的、让我们长期使用的足够的风能。水能和波浪能也是一样。唯一可以持久使用的就是太阳能。仅仅使用现有的技术就能产生上千万亿瓦特的太阳能电力”。

就算太阳能可能影响气候，我们也可以改变太阳能电池板的表面反射率或反照率。只有大规模利用太阳能时，才可能会潜在地影响到气候。只要我们不捕捉成百万亿瓦特，从而直接将热量反射回太空，太阳能的使用对气候的影响就相对较小。

有些人将可再生能源对气候的影响与废热讨论仅仅当成消遣的话题，认为它们不像减少温室气体排放那样紧迫。但是，如果我们现在不开始思考，有一天我们可能发现，当试图解决一个气候问题时，我们可能已经制造了另一个问题。