天基太陽(yáng)能、海中能源島、海底帷幕、捕集二氧化碳，四大工程能延緩全球變暖嗎？|科技創(chuàng)新世界潮
發(fā)表時(shí)間：2024-03-25
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
作者：劉霞
太空太陽(yáng)能供電藝術(shù)圖。 圖片來(lái)源：英國(guó)《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站
從在太空中建造巨大的太陽(yáng)能發(fā)電站，到穩(wěn)定住正在融化的冰川；從建造一系列能源島，到從空氣中直接捕獲二氧化碳?？茖W(xué)家提出了一些雄心勃勃的項(xiàng)目來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化。
英國(guó)《新科學(xué)家》雜志網(wǎng)站近日?qǐng)?bào)道稱，這些項(xiàng)目每個(gè)都將耗資數(shù)十億美元，且風(fēng)險(xiǎn)極高。不過一旦成功，將對(duì)人類的節(jié)能減排行動(dòng)產(chǎn)生變革性影響，甚至逆轉(zhuǎn)當(dāng)前氣候變暖的趨勢(shì)。
▎在太空建太陽(yáng)能發(fā)電站
幾十年來(lái)，工程師們一直有在太空建太陽(yáng)能發(fā)電站的想法。因?yàn)榻ㄔ诘厍蜢o止軌道上的太空發(fā)電站，幾乎可以一直沐浴在陽(yáng)光下，可以最大能力發(fā)電。
國(guó)際電力公司的伊恩·卡什表示，在地球靜止軌道上，一塊10公里寬的太陽(yáng)能電池板每年可產(chǎn)生570太瓦時(shí)的能源。而英國(guó)2022年的總電力需求為320太瓦時(shí)。
成本是這一設(shè)想的“絆腳石”。將搭載有數(shù)公里寬太陽(yáng)能設(shè)備的衛(wèi)星發(fā)射到太空耗資巨大。不過，隨著可重復(fù)使用火箭技術(shù)的問世，將載荷輸送到太空的成本已驟降。
據(jù)估計(jì)，SpaceX“星艦”發(fā)射系統(tǒng)將物資送入地球靜止軌道的成本可降至5000美元/公斤，約為目前最便宜的火箭成本的一半。英國(guó)太空太陽(yáng)能公司聯(lián)合首席執(zhí)行官馬丁·索爾陶表示，可重復(fù)使用運(yùn)載火箭的出現(xiàn)，有望徹底改變天基太陽(yáng)能發(fā)電站的命運(yùn)。
能在太空中建造巨大的太陽(yáng)能發(fā)電站是一個(gè)挑戰(zhàn)，將電力傳回地球是另一個(gè)難題。今年2月，加州理工學(xué)院科學(xué)家首次證明可行性：其此前發(fā)射的一顆衛(wèi)星成功地將太陽(yáng)能以微波形式從太空傳送回地球。
索爾陶表示，如果英國(guó)支持此類項(xiàng)目，到20世紀(jì)40年代初，英國(guó)天基太陽(yáng)能占比將達(dá)到年耗電量的30%。
▎開發(fā)能源島
歐洲國(guó)家已經(jīng)建造了很多海上風(fēng)力發(fā)電渦輪機(jī)，但有兩大缺點(diǎn)不容忽視：一是風(fēng)力發(fā)電具有間歇性；二是電力必須通過電纜輸送到陸地上。如此一來(lái)，所需基礎(chǔ)設(shè)施非常昂貴。為解決這兩大難題，能源島概念應(yīng)運(yùn)而生。
能源島一般建在一個(gè)島嶼上。它既可以是人造島，也可以是天然島。它可成為能源匯集點(diǎn)，專門用來(lái)匯集島上及周邊所有風(fēng)電場(chǎng)電力，然后集中供應(yīng)給不同國(guó)家和地區(qū)。
丹麥已經(jīng)聯(lián)合一些歐洲國(guó)家推進(jìn)了兩個(gè)能源島項(xiàng)目。一個(gè)是博恩霍爾德能源島項(xiàng)目。這座天然島嶼面積588平方千米。按最初的規(guī)劃，這里海上風(fēng)場(chǎng)的裝機(jī)容量是1GW，后又計(jì)劃擴(kuò)大到3GW-5GW。
另一個(gè)能源島文多島位于北海，大概有18個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)大小，未來(lái)可能“再擴(kuò)充兩倍”。其上將建設(shè)覆蓋200臺(tái)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制中心，風(fēng)場(chǎng)容量在3GW左右，可滿足該國(guó)年用電總量的一半，未來(lái)還可擴(kuò)至10GW。
荷蘭、德國(guó)和比利時(shí)都在計(jì)劃建造類似的能源島。據(jù)悉，所有擬建能源島總共可以產(chǎn)生56G瓦電力，相當(dāng)于30座核電站提供的電力總量。
能源島的另一大吸引力在于，它們可以用來(lái)生產(chǎn)清潔燃料。航空、鋼鐵和水泥等高能耗行業(yè)很難由電力提供動(dòng)力，但可以由氫氣提供動(dòng)力。能源島可作為氫氣生產(chǎn)中心，使用風(fēng)能產(chǎn)生的綠色電力將水分解成氫氣，然后通過船運(yùn)或管道將氫氣運(yùn)到陸地。
▎穩(wěn)定“末日冰川”
位于南極洲的思韋茨冰川通常被稱為“末日冰川”。自2000年以來(lái)，超過一萬(wàn)億噸冰消失，漂流流速在30年內(nèi)也翻了一番，這意味著它融入海洋的冰也大幅增加。這一趨勢(shì)顯示它可能正走向不穩(wěn)定。
更令人擔(dān)憂的是，這座冰川支撐了覆蓋南極洲西部的大部分冰蓋。如果它轟然崩塌，將導(dǎo)致冰蓋大范圍融化，全球海平面顯著上升。德國(guó)波茨坦氣候影響研究所的安德斯·萊韋曼表示，這將嚴(yán)重威脅到紐約、上海、加爾各答和漢堡等城市。
冰川面臨的一個(gè)關(guān)鍵威脅是，越來(lái)越溫暖的海水正在滲透進(jìn)冰川，使其下部發(fā)生融化。
芬蘭拉普蘭大學(xué)的約翰·摩爾認(rèn)為，有一種方法或能緩解這一情況，那就是在冰川附近的海床上部署一個(gè)80公里長(zhǎng)的浮力海底“帷幕”。劍橋大學(xué)科學(xué)家正對(duì)此開展小型測(cè)試。
摩爾估計(jì)，最終這種“帷幕”耗資可達(dá)500億至1000億美元。與紐約等城市在防洪方面投入的數(shù)百億美元相比，這可能更加物有所值。
▎每年捕獲8000萬(wàn)噸二氧化碳
為應(yīng)對(duì)氣候變化，僅避免排放更多溫室氣體顯然不夠，大力清除空氣中的二氧化碳是必然之舉。直接捕獲是一種可靠的選擇，但成本高昂。
國(guó)際能源署數(shù)據(jù)顯示，到2030年，每年需要從空氣中清除8000萬(wàn)噸二氧化碳，才能在2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放。
如今，全球有18個(gè)直接空氣捕獲試點(diǎn)工廠在運(yùn)營(yíng)，每年僅能吸收1萬(wàn)噸二氧化碳。其中最大的一家工廠每年可吸收4000噸二氧化碳。
華盛頓特區(qū)世界資源研究所的環(huán)境分析師凱蒂·雷苓指出，為實(shí)現(xiàn)到2030年每年從空氣中捕獲8000萬(wàn)噸二氧化碳的目標(biāo)，每年都需要建造約10座百萬(wàn)噸級(jí)這類工廠。
然而，水和能源消耗是大問題。據(jù)國(guó)際能源署估計(jì)，要想在2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放，建造和運(yùn)營(yíng)這些工廠每年可能需要消耗500億噸水，相當(dāng)于當(dāng)前全球用水量的1%。另外還要消耗6艾焦耳（1艾焦耳等于100億億焦耳）能源，相當(dāng)于目前全球用電量的1%。