天基太陽能、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)表時間:2024-03-25 來源:科技日報 作者:劉霞
太空太陽能供電藝術(shù)圖。 圖片來源:英國《新科學家》雜志網(wǎng)站
  從在太空中建造巨大的太陽能發(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家提出了一些雄心勃勃的項目來應對氣候變化。
  英國《新科學家》雜志網(wǎng)站近日報道稱,這些項目每個都將耗資數(shù)十億美元,且風險極高。不過一旦成功,將對人類的節(jié)能減排行動產(chǎn)生變革性影響,甚至逆轉(zhuǎn)當前氣候變暖的趨勢。
  ▎在太空建太陽能發(fā)電站
  幾十年來,工程師們一直有在太空建太陽能發(fā)電站的想法。因為建在地球靜止軌道上的太空發(fā)電站,幾乎可以一直沐浴在陽光下,可以最大能力發(fā)電。
  國際電力公司的伊恩·卡什表示,在地球靜止軌道上,一塊10公里寬的太陽能電池板每年可產(chǎn)生570太瓦時的能源。而英國2022年的總電力需求為320太瓦時。
  成本是這一設想的“絆腳石”。將搭載有數(shù)公里寬太陽能設備的衛(wèi)星發(fā)射到太空耗資巨大。不過,隨著可重復使用火箭技術(shù)的問世,將載荷輸送到太空的成本已驟降。
  據(jù)估計,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。英國太空太陽能公司聯(lián)合首席執(zhí)行官馬丁·索爾陶表示,可重復使用運載火箭的出現(xiàn),有望徹底改變天基太陽能發(fā)電站的命運。
  能在太空中建造巨大的太陽能發(fā)電站是一個挑戰(zhàn),將電力傳回地球是另一個難題。今年2月,加州理工學院科學家首次證明可行性:其此前發(fā)射的一顆衛(wèi)星成功地將太陽能以微波形式從太空傳送回地球。
  索爾陶表示,如果英國支持此類項目,到20世紀40年代初,英國天基太陽能占比將達到年耗電量的30%。
  開發(fā)能源島
  歐洲國家已經(jīng)建造了很多海上風力發(fā)電渦輪機,但有兩大缺點不容忽視:一是風力發(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,所需基礎(chǔ)設施非常昂貴。為解決這兩大難題,能源島概念應運而生。
  能源島一般建在一個島嶼上。它既可以是人造島,也可以是天然島。它可成為能源匯集點,專門用來匯集島上及周邊所有風電場電力,然后集中供應給不同國家和地區(qū)。
  丹麥已經(jīng)聯(lián)合一些歐洲國家推進了兩個能源島項目。一個是博恩霍爾德能源島項目。這座天然島嶼面積588平方千米。按最初的規(guī)劃,這里海上風場的裝機容量是1GW,后又計劃擴大到3GW-5GW。
  另一個能源島文多島位于北海,大概有18個標準足球場大小,未來可能“再擴充兩倍”。其上將建設覆蓋200臺海上風力發(fā)電機的控制中心,風場容量在3GW左右,可滿足該國年用電總量的一半,未來還可擴至10GW。
  荷蘭、德國和比利時都在計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)很難由電力提供動力,但可以由氫氣提供動力。能源島可作為氫氣生產(chǎn)中心,使用風能產(chǎn)生的綠色電力將水分解成氫氣,然后通過船運或管道將氫氣運到陸地。
  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,超過一萬億噸冰消失,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。這一趨勢顯示它可能正走向不穩(wěn)定。
  更令人擔憂的是,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,將導致冰蓋大范圍融化,全球海平面顯著上升。德國波茨坦氣候影響研究所的安德斯·萊韋曼表示,這將嚴重威脅到紐約、上海、加爾各答和漢堡等城市。
  冰川面臨的一個關(guān)鍵威脅是,越來越溫暖的海水正在滲透進冰川,使其下部發(fā)生融化。
  芬蘭拉普蘭大學的約翰·摩爾認為,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80公里長的浮力海底“帷幕”。劍橋大學科學家正對此開展小型測試。
  摩爾估計,最終這種“帷幕”耗資可達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8000萬噸二氧化碳
  為應對氣候變化,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8000萬噸二氧化碳,才能在2050年實現(xiàn)凈零排放。
  如今,全球有18個直接空氣捕獲試點工廠在運營,每年僅能吸收1萬噸二氧化碳。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,為實現(xiàn)到2030年每年從空氣中捕獲8000萬噸二氧化碳的目標,每年都需要建造約10座百萬噸級這類工廠。
  然而,水和能源消耗是大問題。據(jù)國際能源署估計,要想在2050年實現(xiàn)凈零排放,建造和運營這些工廠每年可能需要消耗500億噸水,相當于當前全球用水量的1%。另外還要消耗6艾焦耳(1艾焦耳等于100億億焦耳)能源,相當于目前全球用電量的1%。