聯合國將2008年命名為“國際地球年”,中國是發起國之壹。“學會服務社會”是本次地球年的行動口號,旨在讓人們認識到地球的資源不是無窮無盡的,相反,它們會比以往任何時候都更加珍貴。所有的資源會逐漸枯竭嗎?先是石油,然後是煤炭,最後是金屬?
地球的礦物質沈積在皮膚裏。
地球的半徑大約是6370公裏。在海底,從表面到5-8公裏深處是堅硬的玄武巖層;在大陸上,從地表到30~70公裏深處,有壹層松軟的花崗巖層。
原因是什麽。壹些地區積累了壹些礦藏和原材料。這樣它就可以被開采了?
以金礦為例。地殼中的金含量只有0.00000005%。如果金元素在世界範圍內平均分配,是不可能開采的,必須在某個地方富集。大多數其他金屬也是如此。金可以以不同的形式存在。所以人們可以通過融化或者其他物理化學手段將其分離。黃金有時甚至溶於水。穿過石頭之間的縫隙。形成新的礦物質。天然黃金通常形成於應時礦山。
石油是壹種高溫、柔性和強腐蝕性的稠體,其生產需要滿足多種條件。有機物、浮遊生物和微小的海洋動植物在腐爛之前必須沈積在海底。並迅速與無機物混合形成深海沈積物。這種沈積物逐漸變硬,成為所謂的母巖,在高溫高壓的條件下下沈軟化。這個過程通常發生在距離海面2 ~ 4.5公裏的深度。新產生的石油比母巖輕,並逐漸向上移動。此外,還需要儲存巖石來保存石油,當然還需要壹層巖石作為掩護。防止漏油。在不同的地質時期,這些條件在地球表面的各個部分分布極不均勻。
石油儲量的真實性
油價已經到了147美元/桶的價位;中國已經開始計劃柴油的供應;國際能源署第壹時間發布了石油供應危機的消息;委內瑞拉總統烏戈·查韋斯聲稱,如果美國發動壹場新的戰爭,油價將升至每桶200美元...這壹切都是2007年冬天的真實情況。
現在真的已經到了原油開采的巔峰了嗎?石油地質學家休伯特關於美國乃至全球石油產量不會再增加的預言是否會再次實現?
瑪麗恩?金姆。休伯特是殼牌公司的傳奇地質學家。在1956的壹次會議上。他做了壹個關於美國石油儲量調查的報告,並向與會者展示了他的“休伯特曲線”。預測美國石油開采將在1971達到頂峰。然後就開始走下坡路了。休伯特的預測遭到了憤怒的反對。但被現實證明是正確的。1970之後,美國石油產品開始逐年減少。
朱爾克?辛德勒是德國路德維希,希臘人?博爾科夫系統技術咨詢公司研究員,他和他的團隊壹直關註著世界石油生產。他在研究報告中總結道:“自2006年以來,原油年產量壹直在下降。”自20世紀80年代以來,以科威特、沙特阿拉伯、伊朗和伊拉克為首的海灣石油輸出國不斷提高各自的石油儲量數據。原因是自20世紀80年代以來,石油輸出國組織將每個國家的石油儲量與其開采份額掛鉤。誰有更多的儲備,誰就可以生產更多的石油產品。阿聯酋壹度將儲備從31億桶上調至920億桶。
壹些環保組織成員和行業退休人員批評石油出口國的欺騙手段。國際能源署經濟主任法提赫?在接受《世界報》采訪時,比羅爾回答了壹個棘手的問題:那些石油國家提供的石油儲備報告可信度有多高?“我沒有官方依據說這些報道不可信,”比羅爾說,“但我們有權知道按照國際標準我們還能使用多少石油。”現在,很多人開始意識到。石油是最重要的燃料。短短幾代,就消耗了壹半左右。
金棕櫚沖向油砂。
如果油用完了。壹切都結束了嗎?人們對不尋常的石油有什麽厚望?專家稱油頁巖和油砂為典型的石油品種,但開采成本高。從油砂中提取石油的價格在65438美元+05~20美元之間,而在沙特阿拉伯,提取石油的價格僅為1 ~ 2美元。然而。當油價漲到每桶70、80甚至90美元時,成本就變得微不足道了。可見,油價對石油儲量和開采方式的平衡有著重要的影響,這壹點從加拿大北部Yasebaska的油砂就可以了解。
在亞拉巴斯卡,近年來出現了淘金熱。Yasabasca河沿岸城市Maimeribao是油砂開采的中心,這裏的居民從十幾年前到現在增加了近7萬人。房地產價格飆升至該州首府埃德蒙頓的水平。這種淘金熱的原因在於從原油、沙子和水分離出來的混合物。在這條瀝青帶上,大約有17億桶這種混合物,被認為是世界上第二大原油儲量。“我們有能源”已經成為麥克默裏堡居民最自豪的問候語。
麥克默裏堡居民的生活希望對環保主義者來說是壹場災難。滿是原油的沙地上停滿了大型挖掘機和重型卡車。原油必須先用熱蒸汽液化,再加入溶劑提取,這需要巨大的能耗,對環境也是很大的負擔,因為整個開采過程中產生的大量廢渣都傾倒在低窪地。現在光是燒水就需要消耗掉加拿大大部分的天然氣能源。如果人們想開采這裏的原油,就必須建造壹座原子能發電站。
這個例子清楚地表明,提高原油價格並不能像人們認為的那樣保護環境。相反,每桶石油的價格越高,人們盡力開采的沖動就越大。諾貝爾和平獎得主阿爾?戈爾把開采油砂比作吸毒成癮。“這太瘋狂了。”他在接受采訪時說,“每桶原油可以保證壹個家庭四天的供暖。”
節能和循環利用是生存之道。
除了原油,其他壹些地下資源在過去幾年也經歷了類似的價格上漲。無論銅、鐵、鋅、鉑還是金,許多金屬礦石都經歷了價格上漲。自2002年以來,鐵礦石的供應價格增長了兩倍,銅礦石的價格比幾年前貴了五倍。報紙上關於偷鋼的報道數不勝數,這在幾年前是不可想象的。
35年前。時任麻省理工學院教授的丹尼斯?梅多斯寫了著名的《增長的極限》,預言了地殼中包含的各種資源,包括石油,都將逐漸枯竭。不幸的是,專家後來解除了這壹警報。他們認為從地質學的角度來看,地球上的金屬資源是無窮無盡的,鐵、鋁、銅等金屬原料是取之不盡用之不竭的。然而。雖然地殼的5%是由鐵組成的,但8%是由鋁組成的。但到目前為止,這些豐富的礦藏仍然難以滿足人類日益增長的需求。
德國環保主義者、化學家邁克?布朗加特提倡壹種可以提高原材料回收率的方法。他發明了壹種辦公椅。它的材料可以重復使用60次而不損失質量。
像石油、天然氣和煤這樣的燃料。回收非常困難。可行的辦法是節能,尤其是交通行業潛力很大。綠色和平組織的能源專家安德烈?波林認為,“從技術的角度來看。未來10年汽車油耗減半是完全有可能的。“油價下跌。最終會改變全球經濟,更有優勢的燃料會成為全球經濟的基礎。
沒有石油的世界
當石油危機來臨時。世界會變成什麽樣?有人認為會帶來股災、內亂、搶劫、饑荒等壹系列災難場景;也有人認為,這將是舊能源向新能源的過渡期。綠色和平組織警告說,壹些燃料加工過程會給環境帶來災難性的後果,國際社會應該對所有常規和非常規資源的使用有明確的規定。
因為很多原油經營者和政治家根本不願意想象壹個沒有石油的世界,所以上述假設還是不現實的。德國暢銷書作家安德裏亞斯?艾斯克·巴赫(esk Bach)在他的小說《耗盡燃料》(Running Out of Fuel)中描述了原油的下降在北美會產生怎樣與歐洲不同的影響:在美國,每個人的生存鬥爭都比在歐洲激烈得多。
在書的最後,作者描述了十幾年後去叔叔家做客,餐具全是塑料的。從石油中提取的人造材料制成的產品成了寶貝,人們只在特殊場合使用。侄子問叔叔:“真的像爸爸說的,妳已經沒油了?”
統計顯示,目前全球75%的能源來自化石燃料的燃燒,化石燃料是人類健康的最大汙染源,也是全球溫室效應的罪魁禍首。火力發電、運輸和各種加熱過程都需要燃燒大量的煤、石油、柴油、汽油和木制品。在燃燒過程中,這些化石燃料會釋放出大量有害氣體顆粒,導致人體呼吸系統紊亂和癌癥。從全球來看,目前全球面臨的最嚴重的環境問題之壹是大氣中溫室氣體含量的不斷增加,這是全球氣候變化的最重要原因。聯合國希望世界各國大力開發和應用可再生能源,包括太陽能、風能、地熱能、生物能和水資源,同時加大對現有礦物能源的技術升級和改造,減少有害氣體排放。
科學家發現地球表面有壹層溫度超過1000度幾千米的熾熱巖石層。可想而知,火山噴發噴出的熾熱巖漿源於此。科學家稱這種熱能為巖石地熱資源。如果熱巖石中的熱能可以取出來轉化成電,巖石也可以發電。在此之前,科學家們已經發明了壹種利用水文地熱資源發電的方法,即將地下蒸汽或溫泉的能量轉化為電能,這種方法已經占到總發電量的0.3%。如何從地下巖石中提取熱能來發電是許多能源專家的長期夢想。
英荷石油公司Roya Dachscher正計劃將這壹夢想變為現實。不久前,該公司在薩爾瓦多成立了地熱財團,利用先進技術解決巖石地熱資源利用問題。根據該財團的巖石地熱開發計劃,工程技術人員將利用先進的勘探技術在薩爾瓦多尋找地下熱巖,然後通過鉆井技術建立水壓註入系統。利用這壹系統,地面的冷水可以深入地下,通過熱巖石轉化為熱水或過熱蒸汽返回地面,從而獲得熱能。在地面上,熱能被轉換成電能。根據羅亞達池舍石油公司的專家核算,他們可以建造壹座功率為2000-5000千瓦的巖石地熱發電站。
羅亞達契舍石油公司技術經理戴利說:“薩爾瓦多計劃”是他們公司地熱利用宏偉計劃的壹部分。該公司計劃在未來5年內投資500-654.38+0億美元,擴大巖石地熱開采規模,使地下熾熱的巖石在不久的將來成為人類的主要能源之壹。
太陽能/太陽能
科學家預測,在10年至15年間,地球上陽光充足的地區將會出現大量的太陽能熱電廠,為世界各國提供清潔電力。
20世紀初,研究人員開始使用屋頂上的凹槽冷凝器來獲取能量:首先將黑色管道中的油加熱到400攝氏度,當油流經熱交換器時,水被蒸發成蒸汽,然後用蒸汽驅動渦輪發電機。隨著時間的推移,在研究人員的不斷努力下,太陽能發電技術有了很大的提高。目前槽式太陽能發電的轉換效率已經達到了15%,也就是說可以將1/6的入射光能轉化為電能,而太陽能電池板的轉換效率只能達到10%。上世紀80年代末,美國研究人員在加州建造了壹座354兆瓦的太陽能熱電站,相當於壹座中型熱電站。但是槽式熱電站的缺點是占地面積大。它需要壹個長150m、寬6m的槽,其發電成本是煤、石油或天然氣的3倍。
槽式發電並不是太陽能發電的唯壹方式,也有工程師采用了其他方案,比如塔式發電。他們使用數百個單壹的鏡子(定日鏡)從東到西跟蹤太陽。鏡子將太陽光束照射在塔頂的熱交換器上,熱交換器將吸收的熱量引入鹽溶液中。被加熱的鹽溶液被泵送到塔的底部以產生蒸汽來驅動渦輪機。雖然使用鹽溶液的方法是好的,但是溶液會腐蝕管道和容器。因此,科學家們打算用空氣代替鹽溶液來傳導熱能。為了解決空氣導熱性差的問題,研究人員開發了壹種“體積接收器”,原理類似於吸水海綿,可以將空氣加熱到1200攝氏度。當熱空氣經過接收系統時,系統吸收空氣中的大部分熱量,將加熱後的空氣直接吹入渦輪,帶動渦輪發電。這種方案是否會在未來取代低谷發電方案,目前尚無定論。理論上,塔式熱電站的太陽能利用率可以達到25%。重要的是塔式熱電站還存在壹些技術問題,槽式發電技術成熟。
去年9月,西班牙政府通過了壹項新法令,將每千瓦時的原始電價從3歐分提高到15歐分。為此,西班牙計劃在2004年建成歐洲最大的太陽能槽式熱電站。為了提高太陽能的利用率,研究人員將吸附管中的油換成了水,不僅省去了昂貴的油,還可以直接將水蒸發掉。但在以水代油的技術試驗成功之前,吸附管內仍以油為熱載體。從目前的進展來看,這項技術可能在五年內實現,屆時太陽能的利用率有望提高到20%以上。除了成本比太陽能電池板低之外,太陽落山後的白天,太陽能熱電廠仍然可以通過儲存熱能來發電。儲存熱量需要裝滿鹽溶液的儲油罐或容器,這需要很大的場地。未來肯定會有比上述熱載體更好的媒體出現,被發現只是時間問題。總之,研究者有明確的研究目標。近幾十年,大型太陽能熱電站將為人們提供幾個百分點的電力。
太陽能發電前景喜人。目前太陽能發電每千瓦時15歐分。雖然其價格僅為太陽能電池板發電的1/4,但仍高於化石燃料發電,沒有可靠的資金支持難以維持。專家持樂觀態度。他們認為,在10到15年後,太陽能熱電站的發電量可以降到5到7歐分,可以與傳統發電形成競爭局面。
來自二氧化碳的能量
不久前,德島工業技術中心的Nakimi Jamasaki在美國新澤西州的壹次化學工業會議上宣布,他找到了壹種在相對較低的溫度和壓力下用二氧化碳生產更重的碳氫化合物(如三碳鏈的丙烷和四碳鏈的丁烷)的方法。因為汽油是壹種長鏈碳氫化合物,他的報告引起了極大的轟動。
雖然Jamasaki的研究需要嚴格的鑒定,但如果他能用二氧化碳生產出5 ~ 12碳原子的較重碳氫化合物,那麽用二氧化碳生產汽油是有可能的。過去,許多科學家試圖通過混合碳和氫來生產碳氫化合物,但結果並不令人滿意。因為這種實驗是在非常高的溫度下進行的,而且產量少得可憐。
現在,Jamasaki使用溫室氣體二氧化碳作為碳原子源,鹽酸作為氫原子源來生產碳氫化合物。他把發電廠排出的二氧化碳氣體引入反應罐,在反應罐內加壓加熱。溫度約為300攝氏度,壓力達到100個大氣壓。對於碳氫化合物的生產,這樣的溫度和壓力非常低,然後將二氧化碳和鹽酸混合。此時,在加熱和壓力條件下無法獲得碳氫化合物,因此Jamasaki使用鐵粉作為催化劑。目前,他已經利用這項技術生產了相當多的甲烷、乙烷、丙烷和丁烷,這些碳氫化合物在冷卻時以氣態形式排出。如果能提高催化劑的性能,有望生產出碳鏈更長的碳氫化合物,如汽油,成為非常有用的燃料。
但如果這種技術不能產生更有價值的長鏈碳氫化合物,例如在室溫下為液體的石油,它就無法與目前的生物反應器競爭,因為喜歡吃二氧化碳的細菌等微生物有壹種特殊的天賦,可以使二氧化碳和氫氣在生物反應器中產生碳氫化合物和甲烷。
宇宙能量
壹位量子物理學家曾這樣描述“零點能”:“在自然界中,完全的真空毫無意義,但真空中實際上充滿了閃爍的粒子,它們的狀態變化如此之快,以至於無法被看到。即使在絕對零度,真空也在向各個方向釋放能量。”顧名思義,“零點能”就是物質在絕對溫度為零的真空中產生的能量。
真空中為什麽會有「零點能」?著名物理學家海森堡提出了“測不準原理”。他認為“不可能同時知道同壹個質點的位置和動量”。科學家說,即使粒子不再有任何熱運動,它們也會繼續抖動,能量也是如此。這意味著即使在真空中,能量也會繼續存在。因為能量和質量是等效的,真空能量會導致粒子壹會兒存在壹會兒消失,能量會以壹種科學家稱之為“起伏”的狀態誕生。
從理論上講,任何體積的真空都可能包含無數個“起伏”,也因此包含了無數的能量。
早在1948年,荷蘭物理學家亨德裏克·卡西米爾就設計了壹種探測“零點能”的方法。
1998年,美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室和奧斯汀高能物理研究所的科學家用原子顯微鏡測量了“零點能”。科學家們聲稱,太空廣袤無垠,高度真空,真空“起伏”蘊含著巨大的能量。
或許,在21世紀,科學家會給人類帶來驚喜,太空會成為人類新的“能源基地”。可以說,宇宙將成為人類的“新油田”,將有無數的“鉆井平臺”漂浮在宇宙中,在真空中“鉆取”取之不盡的“零能源”,為人類未來的生存和可持續發展提供新的動力。