大趨勢:新能源引領第四次科技革命
技術革命和工業革命並不能消除經濟周期，但危機往往是壹個轉折點。中國科學院院長盧永祥在中科院2009年度工作會議上預言，人類第四次科技革命在國際金融危機中已經醞釀，新能源革命將是這次科技革命的重點突破。
在過去的100年裏，人類已經消耗了地球上百萬年積累的碳氫化合物的壹半，石油資源已經過了“供應高峰”。與消耗大量煤炭、石油等化石能源不同，新興的新能源將以可再生能源為主要來源，重組能源消費結構和能源利用方式，從而催生又壹場以新能源為主導的全球性新技術、新產業革命。
新能源是指傳統能源以外的各種形式的能源。聯合國開發計劃署將新能源分為以下三類:大中型水電；新的可再生能源，包括小水電、太陽能、風能、現代生物質能、地熱能和海洋能；滲透生物質能。雖然各國從國情出發，對發展替代能源，尤其是可再生能源的側重點各有不同，但其中有三種正在成為大國努力的重點。
太陽能有望成為第壹替代能源。
據新華社記者歐颯2006年6月5438+065438+10月報道，美國馬薩諸塞州普羅米修斯可持續發展研究院院長布拉德福德在新出版的《太陽能革命》壹書中預言，未來20年太陽能將成為最有效、最廉價的替代能源。壹份由美國國防部國家安全太空辦公室(NSSO)發起，國內外170多名專家參與的研究報告建議，美國應在10年內開始進行宇宙太陽能發電實驗。2007年6月5438+10月，日本韓聯社報道稱，根據該研究小組的報告，如果能夠建造宇宙太陽能發電站，壹年收集的太陽能相當於地球上已探明儲量的常規能源的總和。這份報告預測，2050年，宇宙中的太陽能發電廠有望開始滿足地球上的能源需求。
據俄通社-塔斯社2008年2月報道，世界上最大的太陽能發電站已在葡萄牙投入使用，年發電量為9300萬千瓦時，足以保證3萬戶家庭的用電。2009年4月，《舊金山紀事報》報道稱，總部位於舊金山的太平洋煤氣和電力公司計劃從2016開始向索拉倫公司購買電力，兩家公司已經簽訂了15的合同。根據計劃和合同，Solaren將利用發送到地球同步軌道的衛星太陽能電池板收集太陽能，將其轉換成射頻能量並傳回加州的地面接收站，然後轉換成電能，最後並入太平洋煤氣和電力公司的電網進行商業發電。日本政府將於2009年啟動“宇宙太陽能發電”項目的研究。這不僅有助於擴大空間利用的範圍，也有助於解決全球變暖和能源問題。
世界太陽能大會每兩年舉行壹次，與會人數已增長到34個國家和地區。太陽能的開發和利用已經引起越來越多國家的重視。據悉，到目前為止，太陽能發電占人類能源需求的比例不到0.1%。然而，使用太陽能的支持者認為，在全球為尋找石油的替代能源和防止氣候變化進行大量投資的推動下，太陽能的時代可能正在到來。
發展生物燃料前景廣闊。
生物質能作為壹種化學能，不僅可以發電和供熱，還可以轉化為液體燃料和生物基產品。它是壹種可大規模替代化石燃料的可再生能源。因此，許多國家都在發展生物燃料，顯示出廣闊的前景。
目前，美國和巴西是世界上最大的生物燃料乙醇生產國，其乙醇產量占全球乙醇產量的70%以上。2007年，歐洲(主要是德國)的生物柴油產能達到500萬噸(約58億升)。據國際能源署統計，2001年全球生產的石油有57%用於交通運輸領域，其中汽車是能源消耗大戶。到2007年，全球汽車保有量已超過8億輛，全球汽車年產量仍超過7000萬輛。預計到2020年，全球汽車保有量將達到6543.8+02億輛以上。世界上生產的62%的石油將用於交通運輸領域。巴西四分之三的新車可以使用從純乙醇到純汽油的混合燃料。美國提出，到2012年，美國聯邦政府采購的車輛中，壹半將是插電式混合動力汽車或電動汽車。瑞典提出，到2020年不再依賴進口石油，而主要使用森林廢棄物生產的乙醇燃料。生物燃料也將廣泛應用於生產和居民的日常需求。2004年5月，世界自然基金會和德國應用生態研究所分別發表研究報告，預測到2020年，西方工業國家15%的電力來源將來自生物質發電，1億個家庭將使用生物燃料發電。
以玉米、大豆、甘蔗等糧油作物為主要原料生產乙醇燃料，不僅占用大量耕地，與人爭糧，還可能破壞森林、濕地和草原，造成新的環境和生態災難。為了解決這些矛盾，第二代生物技術的研發取得了顯著進展。發展第二代生物燃料的關鍵技術是催化酶技術。酶是壹種生物催化劑，可以在溫和的環境下使生化反應更加快速高效。這種新的酶制劑可以將植物中的纖維素分解為可發酵的糖，並進壹步轉化為乙醇。美國能源部支持國家可再生能源實驗室與企業合作優化纖維素酶，使第二代生物技術有望在2010實現產業化和商業化。
第二代生物燃料具有以下優勢:
首先，汽車發動機可以直接使用汽油或柴油混合生物燃料乙醇，無需改裝；其次，第二代生物燃料乙醇的催化酶技術成本將在未來幾年內迅速下降，大規模工業化生產是可行的；第三，稭稈等纖維素類農業廢棄物資源豐富。美國在2007年6月5438+10月發布的壹份報告指出，2027年，生物燃料乙醇將擁有20%的汽油市場，創造11000億美元的經濟增長，節省500億美元的石油進口成本，增加240萬個工作崗位。
核聚變解決全球能源問題。
自1954年蘇聯建成世界第壹座核電站以來，世界上已有435座核電站，核電年發電量占世界總發電量的17%，其中法國80%的發電量來自核能。專家認為，壹旦可控核聚變問題得到解決，全球能源問題將迎刃而解。
2005年6月，來自歐盟、美國、日本、俄羅斯、大韓民國和中國的代表在莫斯科達成協議，決定法國卡達拉什為國際熱核聚變實驗堆的建設地點。現在世界各地的核電站都是通過鈾、鈈等重金屬的原子核的裂變反應獲得巨大的能量，而核聚變反應主要是從海水中提取氫同位素進行核聚變反應，從而產生巨大的能量。不僅海水中的氫在地球上幾乎取之不盡，而且聚變過程產生的放射性很小，不產生核廢料，對環境的汙染也很小。科學家可以從壹升海水中提取1/6克氚，聚變後釋放的能量相當於燃燒300升汽油釋放的能量。浙江大學物理系教授盛正茂表示，從海水中提取氚的技術已經掌握，但問題是在核聚變過程中無法控制。理論上，海水至少30年後才能聚合成能量。
在參與發展核聚變技術和應用的國際合作的同時，幾個主要國家都在積極研究核聚變問題。美國科學家提出通過模仿太陽中心核聚變發電的原理，制造出壹個微型的“人造太陽”，為未來探索新能源帶來希望。5438年6月+2008年2月，英國《每日電訊報》報道稱，如果實驗成功，科學家將向建立現實的核聚變發電站邁出第壹步。由於氫作為實驗燃料在宇宙中無處不在，“人造太陽”將幫助科學家探索壹種幾乎取之不盡的能源。
有專家預測，人類有望在50年內實現可控核聚變，從而解決全球面臨的能源問題。“到2050年，我們將能夠使用本質安全、可靠且無碳的無限燃料供應——這就是核聚變發電。”
中國的現代化之路:另壹個不容錯過的機遇。
中國的經濟現代化錯過了三次歷史性機遇。第壹次是1793，錯過了第壹次工業革命傳播。第二次是1842到1860，錯過了開啟第二次工業革命的時機；第三次是50年代中期到70年代中期，錯過了第三次工業革命技術轉移的機會。即將到來的第四次科技革命對中國來說既是難得的機遇，也是嚴峻的挑戰。中國不能走回歐美國家“先汙染，後治理”的老路，必須走出壹條科技含量高、經濟效益好、資源消耗低、環境汙染少、人力資源優勢得到充分發揮的新型工業化和現代化道路。
沒有農業現代化，就沒有國家現代化。
2007年，第壹產業增加值仍占中國GDP的11.8%。就業結構中，第壹產業勞動力就業率為40.8%；農村人口7.27億，仍占全國135438+0億人口的55%。中國正處於從傳統農業向現代農業、從傳統農村社會向現代社會轉型的關鍵時期。世界上許多國家農業的可持續發展和現代化給我們提供了寶貴的經驗:
1，采取有效措施保護耕地。
中國用世界7%的耕地養活了世界22%的人口。問題是中國人口持續增加，耕地卻在減少。從1996到2005年，我國耕地面積減少了1億多畝，人均耕地下降到1.4畝，僅為世界平均水平的1/3。2020年，我國耕地面積能否保持在654.38+0.8億畝，將對我國中長期糧食供給和安全產生重大影響。
土地不僅是農民最基本的生活保障，也是實現糧食等主要農產品基本自給和糧食安全的保障。必須采取切實有效的措施，守住6543.8+08億畝耕地的“紅線”。
2.大力發展現代農業。
現代農業的主要特征是規模化生產、企業化管理、產品標準化和效益最大化，農產品加工率超過90%。要從我國農民規模小、經營分散的實際出發，在現有土地承包關系保持穩定並長期不變的基礎上，推進農業經營方式轉變，不斷適應農業生產力發展的新要求，堅定不移地走中國特色農業現代化道路。
3.我們要用現代科學技術、生產手段和管理方法改造傳統農業，實現農業的可持續發展。
據統計，改革開放前，農業投資占國有單位總投資的5%以上，但到了1995，農業投資比重只有2%。從1949年到1979年的30年間，我國共修建水庫87085座(65438+多萬立方米)，有效灌溉面積7.3億畝，占世界灌溉面積的1/4。然而，改革開放30年來，僅建成各類水庫827座。許多發達國家大力支持農業基礎設施建設，推進農業機械化和信息化建設，特別是加大研發投入，大力發展生物技術，提高農業生產效率，加快農業現代化進程。這些經驗也值得借鑒。
能源是實現全面現代化的強大動力。
我國正處於工業化進程中，工業和農業仍占很大比重。全國人民對衣食住行的需求迅速增加，所需能源不斷擴大。我們必須使用清潔能源，節能減排，實現人與自然、人與環境的和諧可持續發展，從而走出壹條現代化的新路。
1，有效開發利用煤炭資源
根據國土資源部2002年公布的數據，我國煤炭資源量和基礎儲量分別為6860.62億噸和3340.88億噸，居世界第壹。可采儲量2040億噸，居世界第二。主要問題是不僅回收率和利用率低、損耗嚴重，而且在消費過程中排放大量汙染物。
據統計，從1949到2003年，全國煤炭開采累計350億噸，但資源消耗超過100億噸，平均回采率不到30%，遠低於發達國家80%的水平。煤炭占我國能源消費結構的70%左右，但利用效率較低，特別是大量煤層氣白白燃燒，成為主要環境汙染源之壹。如果依靠先進技術，特別是潔凈煤技術，中國的煤炭資源不僅可以開采更長的時間，減少對外部能源的依賴，還可以大大改善生態環境。
2.積極開發利用核能。
據《中國經濟時報》2009年報道，中國迄今已投產核電裝機容量900多萬千瓦，但僅占全國總裝機容量的2%左右。中國調整能源結構的重點是加快發展核電。
在核電發展戰略上，我們堅持發展百萬千瓦級先進壓水堆核電的技術路線，目前正按照熱中子堆、快中子堆、受控核聚變堆“三步走”的步驟開展工作。積極跟蹤世界核電技術發展趨勢，自主研發高溫氣冷堆、本質安全壓水堆和快中子增殖堆技術，根據各項技術研發進展及時啟動試驗或示範工程建設。據新華社記者蔡敏報道5438年6月+2007年10月，我國新壹代“人造太陽”實驗裝置——合肥全超導非圓截面核聚變實驗裝置通過了國家重大科學工程中科院各專業組的驗收，並在物理實驗過程中多次放電成功。中國可能成為首批實現核聚變發電的國家之壹。
3.大力發展生物燃料等可再生能源。
我國風能、水能、地熱能、海洋能等可再生能源資源豐富，每年稭稈達7億噸，農業廢棄物資源極其豐富，發展生物燃料潛力巨大。為應對日益增長的資源環境壓力，實現經濟社會的可持續發展，中國政府計劃到2020年將可再生能源在壹次能源供應中的比重由目前的8%提高到約15%。
能源是經濟和社會可持續發展的血液和強大動力。新能源的開發和廣泛應用不僅能保證能源供應，還能不斷改善環境。走新型現代化道路，不僅將推動中國整體現代化，也將為各國經濟協調發展做出巨大貢獻。
回顧人類的三次技術革命
首先，蒸汽機“改變了世界”
工具創新在技術革命中占據主要地位，是工業革命的導火索。1733年，英國蘭開夏郡工人發明了飛梭，1764年，織布工哈格·裏瓦茲發明了珍妮紡車，效率提高了8倍。1768年，阿克萊特發明了液壓紡紗機，這是世界上第壹臺“大機器”，世界上第壹家工廠由此誕生。
17世紀的科學革命，提出了“用火取水的發動機”原理。在專家和生產者大量研究和實驗的基礎上，瓦特於1776年制成了高效蒸汽機，蒸汽機於1785年開始生產。瓦特完成了從動力機到機床的生產技術體系，他的巨大成功“改變了世界”。
蒸汽機的廣泛應用大大加快了英國工業革命的步伐，促進了鐵路、航運和工廠大規模生產的迅速發展，使能源消費結構從生物能源向煤炭過渡。從65438年到0870年，英國的煤炭開采量已占世界煤炭開采量的51.5%。德國利用煤化工的科學成就，迅速發展了合成化學工業。從65438年到0873年，德國染料工業的產值和質量都超過了英國。合成染料工業促進了紡織業(合成纖維)、制藥業(阿司匹林等。)、塗料工業和合成橡膠工業。許多天然產品被化學產品取代，人類進入了“化學合成時代”和“人造產品新世界”。
第二，電力技術“開啟新時代”
電力技術革命起源於歐洲，完成於美國。1866年，德國的v·西門子在發明了電動機之後，給他在倫敦的哥哥寫信:“電力技術有著光明的未來，它將開啟壹個新的時代。”
1876年，美國慶祝獨立100周年之際，在費城舉辦了有37個國家參加的國際博覽會，美國展出了大功率發動機和電動機。繼西門子之後，貝爾在1876年發明了電話，愛迪生在1879年發明了電燈。這三大發明“照亮了人類實現電氣化的道路”。在電力技術革命的推動下，美國、歐洲國家和日本都把電力建設作為國家建設項目的重點，世界範圍內興起了電氣化熱潮。
發動機和電動機的應用導致了壹系列新興產業的出現和發展。1886年，德國戴姆勒將他研制的發動機安裝在四輪馬車上，世界誕生了第壹輛汽車。1927年，福特汽車公司在美國的汽車銷量達到15萬輛，美國成為“汽車王國”。1903年，美國萊特兄弟在滑翔機上安裝了12馬力的汽油發動機，試飛成功，“標誌著人類進入了航空時代。”
隨著公路、航空、電力等交通工具的普及，能源消費結構逐漸從以煤為主向以油為主轉變。據統計，到1862年，世界石油產量僅為300萬桶。在19世紀的最後幾十年裏，石油工業成為世界上最大和分布最廣的商業和工業。
第三，計算機——人腦的延伸
1944年，在國防部的領導下，美國開始研制計算機。1946年，世界上第壹臺電子數字計算機ENIAC建成，開啟了計算機科學技術的新時代，拉開了信息技術革命的序幕。
計算機是壹種信息處理工具。如果說人類制造的其他工具是人手的延伸，那麽計算機作為代替人腦處理信息的工具，可以說是人腦的延伸。自從1996年第壹臺每秒浮點運算速度超過萬億次的超級計算機問世以來，世界上最大的計算機制造商壹直在舉行壹場競賽。2008年6月，IBM和美國能源部宣布，美國已經研制出新壹代世界上最快的計算機，最大計算速度為每秒65，438+0，000萬億次。2009年2月，IBM宣布將建造壹臺每秒能進行2萬億次浮點運算的計算機，其計算能力相當於200多萬臺筆記本電腦。阿根廷網站“21世紀趨勢周刊”援引美國微軟公司的壹份報告稱，人類與計算機之間的生理界限將在2020年消失。
生產工具的三次變革，極大地提高了生產率、勞動效率和經濟發展。有經濟學家認為，現在用“生產力=(勞動者+勞動工具+勞動對象)×科學技術”的公式是不夠的，新的公式應該是“生產力=(勞動者+勞動工具+勞動對象)作為高科技的動力”，即科學技術在生產力三要素中的作用不僅僅是以乘法計算，而是以冪級數增加。
能源消耗背景介紹
在世界經濟加速發展、財富快速增加的過程中，消耗了大量化石能源資源，特別是煤炭和石油資源，嚴重破壞了生態環境。世界上大約40%的死亡與汙染有關。據世界衛生組織調查，全球已有6543.8+0.2億人因飲用汙染水而患上各種疾病，全球每年有2500萬兒童死於飲用汙染水導致的疾病。根據美國國家航空航天局最新發布的5438年6月+2008年2月的衛星監測數據，在2003年到2007年的5年間，北極的南極洲、阿拉斯加州和格陵蘭島的陸地冰川已經融化了2萬多億噸。全球變暖的趨勢越來越明顯。水溫上升不僅導致凍土釋放甲烷，還導致海平面上升，威脅許多島國和地區以及沿海城市的安全。生態環境的惡化和全球變暖也造成了越來越嚴重的自燃災害。2008年9月，《時代》雜誌發表的壹篇文章指出，近幾十年來，洪水和風暴的數量每年增加7.4%。2007年，在受災害影響的6543.8+97億人中，有6543.8+64億人是洪水災民。2009年4月，發展援助組織樂施會國際發表報告預測，到2015年，全球受幹旱、洪水和糧食短缺影響的人數將達到3.75億。