SA論壇 是來自科學和技術領域專家的受邀評論文章。
編者按：本週，來自商業、政治和科學領域的領導人在瑞士達沃斯舉行的世界經濟論壇會議上會晤，討論當今緊迫的問題。大眾科學正在與論壇合作發表一系列對頂尖科學家的採訪。這是Katia Moskvitch為世界經濟論壇進行的四次採訪中的第二次。
石油價格從7月份的每桶100多美元暴跌至不足50美元。與此同時，美國已成為世界領先的天然氣生產國，幫助該國在能源方面更加自給自足。化石燃料的豐富供應是否會阻礙世界向風能和太陽能等可再生能源的轉變？這種不斷變化的能源格局對化石燃料在美國能源結構中的作用意味著什麼？核能又如何呢？對核廢料安全的擔憂是否應該超越開發這種無碳汙染能源的好處？
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為了找出答案，我們採訪了斯坦福大學物理學和分子與細胞生理學教授，奧巴馬政府前能源部長朱棣文。朱棣文還因其利用雷射冷卻和捕獲原子方面的工作於 1997 年獲得諾貝爾物理學獎。
[以下是採訪的編輯版文字記錄。]
在您擔任能源部長的時期，美國可再生能源的部署翻了一番。化石燃料價格的下跌是否正在扼殺可再生能源的商業案例？
化石燃料價格的下跌確實產生了一些影響，但請記住，美國 78% 的經濟體都制定了州強制性可再生能源組合標準。他們要求特定比例的電力必須來自可再生能源。例如，在加利福尼亞州，目標是到 2020 年可再生能源達到 33%。
目前，可再生電力約佔美國發電總量的 13%。一半是水電，另一半主要是風能，還有一些太陽能、生物質能和地熱。可再生能源的成本已大幅下降。即使天然氣（目前最便宜的發電方式）保持在每百萬英熱單位 4 美元，不享受補貼的風力發電也幾乎同樣便宜。
在美國陽光充足的地區，發電成本也接近於與新建天然氣發電廠持平。風能和太陽能的成本預計至少在未來一二十年內會下降。也許在十年內，可再生能源將在美國許多地區與任何新的能源形式競爭。
您認為當今最大的能源問題是什麼？
這是一個組合問題。隨著可再生能源和儲能變得越來越便宜，必須設計電網系統，以便充分利用成本較低的能源。
隨著可再生能源在總能源中所佔比例越來越大，備用電力和儲能的成本成為可再生能源成本的一部分。有時風不吹，太陽也不照。
有些國家一年中整合的間歇效能源約佔 25%。挑戰之一是——如何從 25% 提高到 50% 甚至更高？這意味著您必須在更廣泛的區域內平衡負載，因為您收集能量的區域越大，您就越能平衡事物。但到 50% 的水平時，您還需要儲能。
德國人稱從化石燃料和核能轉向可再生能源為能源轉型[能源轉型]。世界真的走在這條道路上嗎？
各國將採取不同的道路。我希望德國能夠繼續執行其核反應堆在其可用壽命期內，以便實現更有序的進展。
在德國，約 30% 的電力來自可再生能源——10% 來自生物燃料，其餘來自風能和太陽能。幾乎所有的風能都在德國北部，電力必須輸送到南部重工業區，有些人不希望輸電線路在他們的視線範圍內。德國必須找出如何解決這個問題的方法。
中國也在採取行動——它現在已經設定了碳排放和煤炭使用上限的目標，並計劃到 2030 年或更早實現可再生能源佔比達到 20%。當像中國這樣的發展中國家表示，清潔能源是一個重要的目標時，無論是否有聯合國協議，這都是一個非常好的跡象。對他們來說，說“我們將繼續這樣做”是非常重要的。
目前有哪些最有趣的科學進步有可能改變清潔能源？
在太陽能光伏領域，出現了一種稱為鈣鈦礦的新型複合材料，它在實驗室測試中的效率從 2009 年的 3.8% 提高到 2014 年的 20% 以上。如果我們可以將這些材料與矽串聯使用，光伏發電量可能會增加 50% 的能量。
還有新的電池和超級電容器化學和結構。超級電容器每單位體積可以接受和提供比電池多得多的功率，一箇中等尺寸的超級電容器可以在車輛制動過程中實現完全能量回收。我對奈米結構電池和石墨烯基超級電容器特別感興趣。能效技術也在不斷提高：效能相同的汽車，每加侖汽油行駛的距離是 40 年前汽車的兩倍，而波音 787 每乘客英里的燃料消耗量僅為波音 707 的 30%。效率的提高是轉型的一部分。
您是否同意專家的觀點，即電動汽車可以為解決我們的能源問題做出重要貢獻？
是的。電動汽車電池的成本已降至 2008 年的約 40%。根據特斯拉超級工廠（一家鋰離子電池工廠）的預測，電動汽車的電池成本將比目前再降低一半。在五年內，我們或許可以購買一輛續航 200 英里的汽車，價格為 25,000 美元。
電池的能量密度正在提高——今天的電池能量密度比 15 到 20 年前的電池高出約 60%——即在給定的重量和體積下具有更多的能量。在本十年內，能量密度很可能會翻一番。
清潔技術界存在分歧。一些人認為核能必須是能源結構的關鍵組成部分，另一些人則認為，由於核廢料儲存仍然未經測試，它甚至比化石燃料更糟糕。您對此有何看法？
在未來半個世紀，我希望看到核能作為電力結構的一部分，以實現電力供應的多樣化。
處理廢物是一個問題，因為許多人都不希望它出現在他們的後院。但這主要是一個政治問題，而不是科學問題。存在一些非常穩定的地質場所，核廢料可以安全地儲存在那裡。例如，在美國，我們有大型鹽礦床，這些礦床已經穩定（沒有水侵入）數百萬年，可以為乏燃料提供安全的地質圍堵。
在不結束本世紀上半葉之前，我們無法真正放棄化石燃料，因為它們是備用電源所必需的。我們需要發明一種方法，將非常便宜的電力轉化為具有成本競爭力的液態碳氫燃料，這些燃料可以透過油輪運輸並在世界各地儲存。之後，我們才能開始擺脫化石能源和核裂變能源。
您曾涉足政治和科學領域。有時，這似乎行不通。問題出在哪裡？
有時，您可能有一群訊息靈通的人，他們對如何處理 X、Y 或 Z 持有不同的意見。這就是政治應該介入的地方。
例如，以氣候變化為例。氣候正在變化，並且有強有力的證據表明，大部分變化是由於人類造成的。雖然對未來會發生什麼存在很大的不確定性，但除非我們大幅減少碳排放，否則將存在巨大的風險。恰當的政治辯論應該是如何應對這些風險，但說“除非科學能夠明確證明會發生非常糟糕的事情，否則我們可以繼續我們目前的做法”是沒有意義的。科學無法預測吸菸者是否會患肺癌。經過半個世紀的事後反思，我們現在知道吸菸者的風險是非吸菸者的 25 倍。謹慎的風險管理不會將不確定性作為不作為的藉口，而火災和健康保險是有意義的。我們需要在科學上訊息靈通並願意為自己國家的長遠利益採取行動的領導人。