世纪的最大挑战

能源是人类赖以生存发展的重要物质基础，是人类社会经济发展的原动力，也是人类现代文明的支柱之一。它的开发和利用状况是衡量一个时代、一个国家经济发展和科学技术水平的重要标志，直接关系到人们生活水平的高低。

随着人类社会的发展，现代社会的主要能源——石油，已经明显减少。据美国石油业协会估计，地球上尚未开采的原油储藏量已不足两万亿桶，可供人类开采时间不超过95年。在2050年到来之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭。其后在2250到2500年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭。面对即将到来的能源危机，全世界认识到必须采取开源节流的战略，即一方面节约能源，另一方面开发新能源。

一些工业化国家都在采取节能措施，联合热电（又称“同时发热发电”）就是比较热门的话题之一。因为普通发电厂的能源效率只有35%，而多达65%的能源都作为热白白浪费掉了。联合热电就要将这部分热用来发电或者为工业和家庭供热，因此可使能源利用率提高到85%以上，大大节约了初级能源。

“原煤气化发电”是领先于世界的清洁能源技术，世界第一套大型煤炭气化发电设施已于1994年在荷兰投入试运行。这套设施，可使能源效率达到43%—50%，而且基本不污染环境。据专家们估计，原煤气化技术可作为火力发电厂的发展方向，目前的电厂到2030年几乎将全部改成煤炭气化发电，到那时可使同样数量的煤发的电量增加一倍。欧洲能源委员会已经决定设立专项基金用于这一新技术的推广。

太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物质能等存在于自然界中的能源被称作“可再生能源”，由于这些能源对环境危害较少因此又叫做“绿色能源”。开发绿色能源是解决能源危机的重要途径。近年来，面对能源危机，许多国家都在大力研究和开发利用“绿色能源”的新技术新工艺，并且取得了相当可观的成就。目前“绿色能源”在全球能源结构中的比重已达到15%—20%，今后由石油、煤炭和天然气三种传统能源唱主角的局面将得到改善。

太阳能是一种资源丰富又不会污染环境的最佳能源。在哈拉雷举行的世界太阳能首脑会议上，会议主席曾说：“我们的地球现在正受到环境污染、臭氧层破坏、温室效应、沙漠化和毁林的折磨。我们要取得可持续发展，必须解决这些问题。而可再生能源，特别是太阳能的开发和利用是解决能源危机和环境污染的可行性办法。”为了鼓励人们使用太阳能，世界各国都积极推出相关举措，如德国近两年开始推行家庭电站计划：居民们购置一座功率较低的家庭太阳能电站设备，将太阳能电池板安装在自家屋顶上就可以了。电站所发的电力除了供一家一户使用外，剩余的部分还可输入到公共电网，由电力公司收购，因此家庭电站很受居民欢迎。

为了迎接未来能源危机的挑战，风能这一古老的能源又在很多国家和地区得到青睐，反映了当今国际电力发展的一个新动向。风力发电的技术状况以及实际运行情况表明，它是一种安全可靠的发电方式，随着大型机组的技术成熟和产品商品化的进程，风力发电成本将会降低，已经具备了和其他发电手段相竞争的能力。

风力发电不消耗资源，不污染环境，具有广阔的发展前景，和其他发电方式相比，它的建设周期短，装机规模灵活，筹集资金便利；运行简单，实际占地少，对土地要求低，在山丘、海边、河堤、荒漠等地形条件下均可建设。此外，在发电方式上还有多样化的特点，既可联网运行，也可和柴油发电机等组成互补系统或独立运行，这对于解决边远无电地区的用电问题提供了现实可能性。这些既是风电的特点，也是优势。

利用垃圾发电，既节约资源又保护了环境，是非常值得提倡的。除了开发“再生能源”之外，近年来有越来越多的研究人员把寻找新能源的目光落在了人们身边的垃圾和淤泥等废料上。日本的1 900个家庭生活垃圾焚烧场中，已有123个实现了垃圾发电；欧洲第一座废旧轮胎发电厂已经在英国的沃尔弗汉普顿建成并投产，这座工厂每年可用去800多万个废旧轮胎，为英国废旧轮胎总数的1/4，电厂可满足2.5万个家庭的用电，并且还能生产锌等副产品；世界上第一座以鸡粪为燃料的发电站——英国的艾伊电站早在1993年10月就投入运转，有关专家认为，尽管鸡粪电站的发电能力比火力电站要小得多，但只要1 400万只鸡的鸡粪做燃料，其所发的电力就可供1.2万人用上一年。

科学家认为，目前世界上最有希望的新能源是核能。核能有两种：裂变核能和聚变核能。可开发的核裂变燃料资源可使用上千年，而核聚变资源可使用几亿年。

裂变核能至今已有了很大发展。裂变核电站及核电设备制造，在日本、法国、韩国等国已成为其能源工业的重要支柱。聚变能电站以氢的两种同位素氘和氚作为燃料。氘是天然同位素，在海水中含量极为丰富，其潜在储能可供人类使用几亿年，可谓取之不尽、用之不竭。除了燃料丰富的优点外，聚变能还有几个特点：燃料价格低廉，聚变核电站是一次性投资，燃料费用约占1%左右。与裂变核电站相比，聚变核电站的燃料几乎是不花什么钱的；不污染环境，运行安全可靠：聚变与裂变相比，其放射性是微乎其微的，它还消化裂变的污染源，几乎没有废料；核聚变还可直接转化成电能。专家认为它是人类最理想的能源。不过，受控核聚变尚有一个关键问题没有解决，那就是产生的能量尚不抵输入能量，聚变反应无法持续下去。只有当输出功率超过输入功率时受控核聚变才有实用价值。这时受控核聚变不但可以靠自己释放的能量得以维持，而且会释放出额外的能量。目前，包括位于英国牛津郡阿宾登的联合欧洲环、美国普林斯顿大学的热核聚变实验反应堆等在内的实验室都在努力突破这一临界值。如果这一目标得以实现，那么人类将获得一种取之不尽的清洁能源。

链　接

2009年的“地球一小时”是一项全球性的行动。2009 年3月28日晚8时30分至9时30分，全球24个时区、80多个国家、近3 000座城镇、约10亿人，通过关闭部分建筑灯光、家庭灯光参加了一场由世界自然基金会发起的“地球一小时”熄灯接力活动，旨在引起人们对气候变化的警惕，畅导公众树立节能减排的环保理念。全球300多个地标性建筑，如纽约的百老汇剧院、帝国大厦、克莱斯勒大厦，北京的“鸟巢”体育场和水立方，巴黎的埃菲尔铁塔，埃及的吉萨金字塔，伦敦的白金汉宫和议会大厦等，都先后熄灭璀璨的灯光，以“朴素”外表伫立在夜空下，共同打造最美丽的“黑暗时刻”。

一小时不开灯，其实并不能节省太多能源。但“熄灯”的意义，恰恰是用一种最直接的方式，让公众体验能源紧缺对生活的影响，或者说是感受能源危机。

核能之光

1942年12月2日，在美国芝加哥大学体育场西看台底下的一个网球厅内，著名科学家恩里科·费米领导一批科学家，聚精会神地操纵着一座由40吨天然铀短棒和385吨石墨砖构成的庞然大物。下午3点25分，启动运行成功。

这个庞然大物，就是世界上第一座人工核反应堆。虽然从反应堆发出的功率只有0.5瓦，还不足点亮一盏灯，但其意义非同小可——它标志着人类从此进入了核能时代。

1896年，法国物理学家贝克勒尔通过大量实验，发现铀会无休止地放出看不见的神秘射线，铀所具有的这种神奇本领，就叫放射性。

放射性的发现，引起科学家居里夫人的极大注意。她经过4年的苦战，终于在1902年，从几十吨沥青铀矿中提炼出了不到0.1克的另一种放射性元素镭。天然放射性元素放出三种看不见的射线，它们是α射线，即氦原子核；β射线，即高能电子；γ射线，即高能光线。射线是可以防护的，对不同的射线可以采用不同的防护方法，例如用一张纸就可以挡住α射线。

在居里夫人发现镭以后不久，物理学家卢瑟福就指出，放射性元素在释放看不见的射线后，会变成别的元素，在这个过程中，原子的质量会有所减轻。那么，这些失踪了的质量到哪里去了呢？科学家爱因斯坦1905年在提出相对论时指出，物质的质量和能量是同一事物的两种不同形式，质量可以消失，但同时会产生能量。两者之间有一定的定量关系：转化成的能量E等于损失的质量m乘以光速c的平方，E＝mc2。极小量的质量可以转化为极大的能量。当较重的原子核转变成较轻的原子核时会发生质量亏损，损失的质量转换成巨大的能量，这就是核能的本质。

1938年，德国科学家奥托·哈恩和他的助手斯特拉斯曼在居里夫人的实验基础上，发现了核裂变现象。他们发现，当中子撞击铀原子核时，一个铀核吸收了一个中子可以分裂成两个较轻的原子核，在这个过程中质量发生亏损，因而放出很大的能量，并产生两个或三个新的中子。这就是举世闻名的核裂变反应。在一定的条件下，新产生的中子会继续引起更多的铀原子核裂变，这样一代代传下去，像链条一样环环相扣，所以科学家将其命名为链式裂变反应。

链式裂变反应释放的核能叫做核裂变能。如果加以人为的控制，在铀的周围放一些强烈吸收中子的“中子毒物”（主要是硼和镉），使一部分中子还没有被铀核吸收引起裂变，就先被“中子毒物”吸收了，这样就可以使核能缓慢地释放出来。实现这种过程的设备叫做核反应堆。

核能是20世纪出现的新能源，核科技的发展是人类科技发展史上的重大成就。核能的和平利用，对于缓解能源紧张、减轻环境污染具有重要的意义。目前，核裂变能已经为人类提供了总能耗的6%。而当将来利用轻原子核的聚变反应产生的核聚变能得到工业应用后，人类将从根本上解决能源紧张的问题。核聚变能是两个轻原子核结合在一起时，由于发生质量亏损而放出的能量。核聚变的原料是海水中的氘（重氢）。早在1934年，物理学家卢瑟福、奥利芬特和哈尔特克就在静电加速器上用氘－氘反应制取了氚（超重氢），首次实现了聚变反应。尽管海水里的氘只占0.015%，但由于地球上有巨大数量的海水，每升海水中所含的氘通过核聚变反应产生的能量相当于300升汽油燃烧所放出的能量，所以可利用的核聚变材料几乎是取之不尽、用之不竭的。这些氘通过核聚变释放的聚变能，可供人类在很高的消费水平下使用50亿年。而且，核聚变能是更为清洁的能源。当前，科学家正在为此而不懈地努力。