麻省理工能源计划主任:能源危机迫在眉睫,哪些技术最关键?

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麻省理工能源计划主任:能源危机迫在眉睫,哪些技术最关键?
麻省理工科技评论 2019-12-15

2019-12-15

Armstrong 在 EmTech China 全球新兴科技峰会上为我们描绘了未来能源的蓝图,并提到了四种技术
麻省理工 能源
Armstrong 在 EmTech China 全球新兴科技峰会上为我们描绘了未来能源的蓝图,并提到了四种技术

随着全球人口和经济的增长,人类对能源的需求已达到了前所未有的水平。然而,为了应对日益迫在眉睫的全球气候变暖,降低温室气体的排放也刻不容缓。

2006 年,麻省理工学院发起了一项能源倡议(MITEI),旨在开发突破性技术,通过创建低碳和无碳(比如太阳能、核能等)的解决方案来有效和可持续地满足全球能源需求,减缓气候变化。Robert Armstrong 博士作为该倡议的主任,推动了与多家能源巨头的合作落地,截至目前,多家跨国公司都是该倡议的会员单位。在该倡议的框架下,到底什么技术能在未来重整全球的能源系统,塑造未来的世界呢? Armstrong 在 EmTech China 全球新兴科技峰会上为我们描绘了未来能源的蓝图。

麻省理工能源计划主任:能源危机迫在眉睫,哪些技术最关键?

图 | 麻省理工学院能源计划主任 Robert Armstrong (来源:EmTech China)

Armstrong 认为,我们现在面临着巨大的能源挑战。一方面,随着全球人口的增长,越来越多的人需要能源来享受高质量的生活及服务。而随着人口的增长,全球 GDP 也会同样增长。我们需要用更低的价格,为更多的人口提供更多的能源。

在另一方面,我们同时还需要不断地减少温室气体的排放。这件事情已经迫在眉睫。2016 年,大气中二氧化碳的浓度已经超过了400PPM。为了在本世纪末将全球温升控制在 2 摄氏度以内,我们需要把二氧化碳的浓度控制到 450PPM 以下。然而,不幸的是,仅仅 17 年后的 2037 年,我们很有可能就将达到这个指标。

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图| 碳排放的增长速度远快于我们的期望。(来源:Robert C. Armstrong)

因此,我们必须在很短的时间内,同时完成提供更多能源和降低碳排放两个任务。

那么,有什么技术可以帮助我们的世界做到这一点呢?

Armstrong 提到了四种技术。

首先,是碳负排放技术,也就是所谓的碳捕集——将化石燃料燃烧产生的尾气和大气中的二氧化碳收集并储存起来。如果碳捕集技术可以大规模应用,电力行业将会比建筑、交通、工业等领域更好地实现气候目标。碳捕集技术应用的关键,是要有更加经济的方法。现在主流的碳捕集技术,需要用胺溶液来实现二氧化碳的吸收和释放。但想要让二氧化碳从溶液中释放出来,需要把胺溶液的温度升高到 100 摄氏度以上,这也会制造出更多的二氧化碳排放。Armstrong 教授提到了一个全新的方法,可以利用类似电池的电化学原理去整合这个过程。由于不需要加热,它可以使整个过程更加节能。

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图 | 全新的电化学方法可以有效降低碳捕集技术的能耗。(来源:Robert C. Armstrong)

其次,电力的生产和消费是在整个经济社会层面联动的。除了在发电环节降低碳排放,我们还需要跨行业、跨领域的技术。例如,我们可以利用电动汽车或燃料电池等电气化手段,来同时降低发电和交通层面的碳排放。为交通工具提供能量的,可以是柴油、汽油,也可以是电能、生物质能。在这些不同的路径中,我们都可以进行碳封存和碳捕获,让整体的排放量更低。

MIT 的科学家做了这样一个研究,他们对比了内燃机车、混合动力、纯电动、燃料电池等不同的车型在生命周期中的碳排放。他们发现,如果我们无法实现清洁的发电,那么哪怕是纯电动的电动车,可能也会有间接的碳排放。而且,尽管电动汽车、燃料电池汽车整体的碳排放更低,但可能由于更加复杂的生产工艺,它们在生产环节中的碳排放其实是高于内燃机汽车的。因此,利用碳捕集等技术降低电力、氢能生产环节的碳排放,对于降低交通领域的碳排放来说非常关键。

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图 | 能源是一个多领域高度联动的行业,我们需要开发跨领域的脱碳技术。(来源:Emre Gencer, MIEI)

第三,是储能技术。我们面临的一个挑战,是如何让能源系统消纳更多的可再生能源。太阳能、风能都是波动非常明显的发电方式,大量的强波动性可再生能源会给电网的稳定运行造成不小的困难。而让更多的可再生能源上网的关键,是需要更多的储能装置,进行一整夜、甚至更长时间的能源存储。

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图 | 高波动性的太阳能和风能。(来源:MIT Analysis, NSRDB, ERCOT, P. Brown)

最后,是一种极具前景的可以实现低碳电力生产的技术——可控核聚变。目前全球范围内有大约 25 家可控核聚变技术的创业公司,希望可以在 25 年内就让可控核聚变为现实。很多的创业公司都专注于最基础的研究工作,包括高温超导材料、脉冲式反应堆等等。也许,可控核聚变的到来,会比之前预期的短得多。

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图|许多初创公司正致力于实现小型化的商用可控核聚变反应堆。(来源:Robert C. Armstrong)

Armstrong 表示,所有的这些设想,都需要有突破性的技术进展,来真正支持这些科学技术的商业化转型。我们还要有更多的创新,把能源部门的这些技术整合在一起,更好地实现低碳的未来。

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