當煤炭耗盡時會發生什麼?

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德國林道——解決能源未來等政治敏感話題的最佳方式是什麼? 消除政治因素。“我們將跳過政治,” 1998年諾貝爾物理學獎得主羅伯特·P·勞克林在林道舉行的第60屆年度諾貝爾獎獲得者林道會議上對一群年輕科學家和其他聽眾說道。“我對現在不感興趣,而是對你們子孫的子孫的時代感興趣,那是六代之後和200年後的事情,” 當所有碳燃燒都已停止,因為已被禁止或已耗盡時,他說。“這樣思考問題非常簡單。與其爭論現在該做什麼,我想談談當沒有煤炭時會發生什麼。”

在兩個世紀後,人們仍然會想要駕駛汽車、乘坐飛機和在房屋中照明。“我認識的每個人都認為,隨著廉價石油的枯竭,價格會大幅上漲,並且會對資源進行爭奪,” 他在週一表示。聽眾席上的年輕科學家“需要弄清楚如何防止這場爭奪演變成熱戰。”

為了實現這一目標,勞克林確立了一些關於天然氣、石油和煤炭等碳氫化合物的原則:每個人都想要最便宜的天然氣;當石油耗盡時,價格會波動,但可以透過正在開發的技術進行管理;當煤炭最終耗盡時,必須進行進一步的創新以保持社會穩定。


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“為什麼不減少煤炭使用呢?” 他問道。他展示了一張圖表,該圖表將碳燃燒與幾個國家的國內生產總值(GDP)增長聯絡起來。“這就是為什麼在削減全國碳使用量方面沒有人願意率先行動的原因,” 他補充道。“我們將永遠不會擁有無碳經濟。”

我們永遠無法完全擺脫碳的另一個原因是:現有和正在開發的技術可以緩解能源問題的一些方面,但物理定律為其他方面設定了障礙。例如,當碳氫化合物不再廣泛可用時,核能、太陽能和風能可以保持照明。“現在沒有人喜歡核能,但如果你讓他們在核能和燈光熄滅之間做出選擇,你認為誰會投票反對核能?” 勞克林問道。如有必要,煤炭可以轉化為汽油,就像二戰期間德國人使用弗朗茨·費舍爾和漢斯·託羅普施在1920年代開發的工藝所做的那樣。但是,目前沒有其他燃料能夠提供航空燃料飛行所需的能量密度——單位重量的能量。“從根本上來說,不可能改進航空燃料,因為它會違反物理定律,” 勞克林斷言。“除非你製造碳氫燃料,否則你不能擁有飛機。”

勞克林說,費舍爾-託羅普施工藝透過將一氧化碳和氫氣透過鐵或其他催化劑來生產液態碳氫化合物,可以使用不同的原料。在1940年代,德國人使用煤炭。今天,一些工廠正在上線,這些工廠開始使用天然氣而不是煤炭,以獲得更好的碳足跡。其中最大的幾家是殼牌在馬來西亞的工廠和卡達的一家工廠。將來,將會有其他原料,例如植物材料。

僅靠農業作為來源是不夠的——對於美國來說,所需的面積將略大於得克薩斯州。但是,包括鹽水種植植物在內的多種來源的組合,可能會在相對較短的時間內使我們達到目標。“石油將會消失,加油站不會有任何變化,因為技術已經到位,” 勞克林預測。“好訊息是,一旦你建造了這些 [費舍爾-託羅普施] 工廠,你就可以使用任何東西,包括垃圾,來進行生物燃料轉化。最大的問題是初始資本成本。” 我們可以隨著時間的推移調整這些設施。

勞克林說,最終,今天的能源相對昂貴而碳廉價的情況將會逆轉:“從現在起200年後,將會出現一個現在不存在的新產業。從現在起200年後,能源稀缺不是問題;碳稀缺才是問題。” 那時會怎樣?

勞克林預測,最終,我們將學會如何從空氣中回收碳。這種碳可以用於改進的費舍爾-託羅普施工藝。“如果這種情況發生,這是一個好訊息,而且我認為它會發生,” 他總結道。

大眾科學的姊妹刊物自然,以及由自然光譜,《大眾科學》的德語版組織的專題網站林道部落格上了解更多資訊。幻燈片2010年發現:能源,涵蓋了另一項林道倡議,一個關於能源的博物館展覽。

Mariette DiChristina, Steering Group chair, is dean and professor of the practice in journalism at the Boston University College of Communication. She was formerly editor in chief of 大眾科學 and executive vice president, Magazines, for Springer Nature.

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