能源的創造性顛覆

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當今的可再生能源技術無法拯救我們。

那什麼可以？

谷歌創始人拉里?佩奇常喜歡說的一句話是，要解決的問題越難，面臨的競爭便越小。對於谷歌公司而言，這一商業理念正確無疑，並且催生了一系列引人注目且又成功的「登月（moonshot）」項目：涉及80種語言的翻譯引擎、無人駕駛汽車以及可穿戴式計算機系統「谷歌眼鏡」等等。

自2007年開始，谷歌公司便動用大量資源，致力於解決全球氣候和能源問題。在付出的眾多努力之中，有一部分取得了極大的成功：谷歌公司部署了世界上最具能源效率的數據中心，購買了大量的可再生能源，並抵消了該公司的剩餘碳足跡。

谷歌最為大膽的能源舉措便是名為「RE

令人遺憾的是，並不是所有的谷歌「登月」項目都能取得成功。2011年，公司認為RE

在RE環境保護論者一樣堅信：隨著當前可再生能源技術的穩步發展，我們的社會一定能夠避免各種災難性的氣候變化。現在，我們已經意識到這種希望是不切實際的，但是，這並不意味著我們的地球就註定會滅亡。

在對RE不足以大幅減少二氧化碳的排放。僅僅依靠當前的可再生能源技術應對氣候變化是不會奏效的；我們需要採取一種完全不同的方式。因此，我們在此發出行動倡議。只有全社會都能真正重視問題的實際嚴重程度，並在此基礎上明確該問題的重要性，我們才有希望避免災難的發生。

氣候學家已明確指出，大氣層中二氧化碳的增多構成了一個潛在的危險。無論以金錢還是人類的痛苦來衡量，氣候變化都將給下個世紀的人類文明造成重創。為了大幅減少溫室氣體排放，首要目標便是減少能源行業的排放，因為這個行業是全球最大且單一的排放源。

RE正式終止了這一計劃，並叫停了相關的內部研發。最終，我們倆被賦予了一項新的挑戰。谷歌公司研究部副總裁阿爾弗雷德?斯佩克特（Alfred Spector）要求我們對該項目進行反思，核查項目所基於的假設理論，並從其失敗中吸取經驗教訓。

當時，我們手頭上已經有一些有用的數據。項目叫停同年，谷歌公司曾使用麥肯錫諮詢公司的低碳經濟學工具完成了一項有關清潔能源創新影響的研究。研究中，最佳案例情形模擬展示了二氧化碳減排的最樂觀假設，涉及太陽能發電、風電、能源儲存和電動汽車等方面。在這一最佳情形中，美國將能夠大幅降低溫室氣體排放量：2050年的實際排放量將比不採取措施的情況下的預計排放量低55%。

雖然大幅減排肯定是件好事，但這一最佳情形的模擬模型仍然顯示，電力行業還會大量使用天然氣。這是因為當前的可再生能源會受到相應地理條件及自身的間斷髮電特徵的限制。例如，風電場只有在風力強勁且持續的地方才具有經濟意義。此外，研究還顯示，交通、農業和建築行業仍將繼續使用礦物燃料。即使最佳案例情形最終得以實現，試問：這從氣候角度而言是真正的成功嗎？

NASA戈達德空間研究所前主任、世界最知名的氣候變化專家之一詹姆斯?漢森（James Hansen）在2008年發表的論文中闡述了當前情形的真正嚴重性。在這篇文章中，漢森明確指出了「如果人類希望將地球繼續維持在那個曾經孕育了人類文明且適於各種生物生存的狀態」，大氣中二氧化碳的合理濃度為多高。他的氣候模型顯示，大氣中的二氧化碳濃度超過百萬分之350（350ppm）時將產生災難性的後果。現在，我們早已超過了這一安全限值。目前的環境監測結果顯示，二氧化碳的濃度已經達到400ppm左右。問題的嚴重性在於，二氧化碳會在大氣層中持續存在一個多世紀之久；即使我們現在關閉所有的礦物燃料發電廠，現有的二氧化碳仍將令地球持續變暖。

我們決定把能源創新研究的最佳案例情形與漢森的氣候模型結合在一起，檢驗一下在2050年之前減排55%能否讓地球重返二氧化碳濃度低於350ppm的閾值的水平。然而，計算結果完全事與願違。即使各項可再生能源技術都能像設想的那樣迅速發展，並能在全球範圍內推廣應用，大氣二氧化碳濃度也不僅不會保持在350ppm水平，反而還會因為礦物燃料的繼續使用而呈指數級增長。因此，即使基於對可再生能源的最樂觀預測，我們的最佳案例情形也仍然會導致嚴重的氣候變化以及與之相關的各種可怕後果：氣候帶轉移、淡水短缺、海岸侵蝕、海洋酸化等等。我們推測，要逆轉這一趨勢既需要廉價零碳能源技術取得飛速進步，又需要開發一種能夠從大氣層中提取二氧化碳並進行碳儲存的技術。

這些計算結果為谷歌的RE不足以逆轉氣候變化的大趨勢。

這一發現促使我們重新考慮能源的經濟狀況。我們得出結論，我們真正需要的是可靠且足夠廉價的零碳能源，使發電廠和各類工業設施的運營商出於經濟利益考慮，較快地轉為使用這種能源——所謂較快，也是指在未來40年之內。我們不得不接受的是，企業並不會單純在利他主義的基礎上作出犧牲，為清潔能源付出更多。相反，我們需要的是能夠迎合他們營利動機的解決方案。RE我們究竟應該以何種價格水平為目標呢？

以美國一家投入運行數十年的普通煤炭或天然氣發電廠為例，其發電成本相當於每千瓦時4至6美分。設想一下，什麼因素才會促使擁有這家發電廠的公用設施公司關閉發電廠，並重新建立一家使用零碳能源的替代發電廠呢？發電廠主一定會考慮到建立新廠的資本投入以及運營和維護這家新電廠的持續成本——同時，還需要在低於0.04至0.06美元/千瓦時的發電成本下盈利。

這個目標實在很難實現。但是，困難遠不止於此。儘管大型煤炭發電廠生產的電能從物理角度來說與屋頂太陽能電池板產生的電能沒什麼兩樣，但它們的價值卻不盡相同。在市場上，公用設施公司所支付的不同電價是由供能的難易程度決定的，提供的電能需要可靠地滿足當地需求。

可快速上下調整的「可調度」電力的市場定價最高。分散式電力，即在離電錶較近的位置生成的電能，價值會比較高，原因在於它避免了傳輸和配送過程中的成本和損耗。美國本土的居民用戶購電價格在0.09至0.20美元/千瓦時之間不等，電價的絕大部分用於支付傳輸和配送成本。這個環節隱藏著變革的機遇。分散式的可調度電源可以推動發電能源的變更，但前提是降低終端用戶的電價，使本地市場售電價格低於0.09至0.20美元/千瓦時這一區間。在這樣的價格基礎上，零碳系統將會成為經濟實惠的不二之選。

令人遺憾的是，當前的大部分清潔發電能源都無法提供分散式且可調度的電力。例如，雖然每家屋頂上都可以安裝太陽能電池板，但在沒有太陽的時候電池板就無法發電。如果我們能夠發明出一種分散式的、可調度的電力技術，則有可能使能源市場以及公用設施機構及其客戶的角色發生改變。規模較小的市場參與方不僅能夠發電，還能夠通過以實時價格與其他參與方進行能源買賣而獲利。小型運營商所擁有的基礎設施遠遠少於公用設施公司，但具有強勁的冒險精神，因此也許會更加自由地進行各種嘗試，並且能夠以更快的速度取得寶貴的創新成果。

同樣，我們需要競爭性能源為肥料廠、水泥製造商等工業設施提供電力。一家水泥公司決不會輕易嘗試採用任何新技術為乾燥爐加熱，除非這種技術能夠省錢，提高利潤。總的來說，我們需要的是不依靠補貼或政府法規（對使用礦物燃料進行懲處）的解決方案。當然，任何能夠提高礦物燃料使用成本的措施，無論是設定污染限度還是直接對碳排放徵稅，都有助於提高能源技術的本地競爭。但是企業或許會將製造部門（及其排放）轉移到其他地方。因此，我們不應該只依靠政治家的高遠理想推動轉變，更加保險的做法是憑藉企業的自身利益，換句話說就是企業的底線。

在電力行業，這條底線就是發電成本和電價之間的差價。僅就美國而言，我們的目標是在未來40年內更換掉裝機容量為1太瓦的發電基礎設施。如果沒有高利潤率的突破性能源技術，這一目標就不可能實現。補貼措施在最初可能會有幫助，但只有私營部門和活躍投資者們的參與才能促成新技術的快速採用。同時，每一年的利潤必須在足以令投資者滿意的同時又能為下一年的資本投資提供資金。伴隨新技術部署的指數級發展，發電企業將能在2040年之前實現每年更換30千兆瓦裝機容量的目標。

在能源革命進行的同時，另一個領域也需要取得進步。正如漢森所指出的，即使所有發電廠和工業設施都立刻轉為使用零碳能源，我們的大氣層中仍存有破壞性數量的二氧化碳。要讓大氣層中的二氧化碳濃度回歸正常水平需要若干世紀的時間，也就是說，全球變暖和不穩定的狀態還要持續數世紀之久。漢森的模型顯示，為了將二氧化碳濃度降到安全水平以下，我們不僅要儘快停止排放二氧化碳，還要採取積極措施從空氣中移除二氧化碳，並進行穩定形式的碳儲存。漢森建議通過重新造林實現碳匯。我們要全力支持種植更多樹木，同時也要敦促科學家和工程人員積極尋求碳儲存的顛覆性技術。

現有技術的逐步發展和進步根本不足以解決問題；我們需要的是能夠在真正意義上徹底逆轉氣候變化趨勢的技術和手段。那麼，究竟什麼樣的能源技術才能夠實現頗具挑戰性的成本目標呢？如何從空氣中移除二氧化碳？很遺憾，我們現在還沒有答案。這些技術還沒有發明出來。但是，我們卻可以為實現能源行業創新獻計獻策，從而促成這些突破性的發明。

首先讓我們了解一下谷歌公司的創新方式，這一創新方式可以被歸納為70-20-10規則。該規則深得谷歌執行主席埃里克?施密特（Eric Schmidt）的擁護和支持。該規則建議，70%的僱員時間應該用於完成核心業務任務，20%用於與核心業務相關的編外項目，而最後的10%則留給有潛力帶來真正顛覆性成果的奇思妙想。

如果政府和能源公司在其技術研發投資方面也採用類似的方式，那豈不是很棒？其結果可能就像谷歌公司一樣，以最快的速度實現能源創新。採用70-20-10規則將能夠帶來多種項目的投資組合。絕大部分的研發資源將投入現有的且行業了解該如何建立並有利部署的能源技術。這些技術可能根本無法使我們免遭氣候變化，但卻可以降低這一亟待解決的問題的難度。另外20%的研發資源可用於各類有望具備經濟可行性的尖端技術。最為關鍵的是，最後10%的研發資源可以投向那些看似瘋狂但卻有可能產生深遠影響的創意。我們的社會需要為科學家和工程人員提供充裕的資金，供他們不斷提出和測試新的創意，雖有可能很快失敗，但卻可以分享他們的經驗教訓。當前的能源創新周期仍以數十年計，究其原因，在很大程度上是因為投入決定性研發工作的資金實在少得可憐。

我們現在並不是要預測這一「堪當大任」的技術究竟是什麼樣子，但首先它的成本需要遠遠低於礦物能源系統。例如，一套顛覆性的發電系統將不會利用煮沸開水這種方式來驅動傳統的蒸汽渦輪。上述這類過程增加了資本和運營費用，而且如果新的能源技術仍大量使用現有流程，就很難想像其如何才能以遠低於現有燃煤電廠的成本發電。

舉例來說，一項顛覆性的聚變技術也許根本不需要蒸汽就可以生產出能直接轉化為電的高能帶電粒子。對於工業設施而言，也許成本低廉的合成甲烷便可以取代傳統的天然氣。或許將來會出現一項完全顛覆現有市場經濟規則的技術，在發電的同時又能生產出肥料、燃料或淡水。在碳儲存方面，生物工程人員也許會培育出一種特殊用途的莊稼，吸走空氣中的二氧化碳然後將碳儲存在土壤之中。毫無疑問，如果人類的想像力以及科學和工程學能夠自由發展，各種不可預知的發明創造均有可能實現。並且，未來一定會有多種途徑將大氣層中的二氧化碳濃度降至漢森提到的安全等級。

我們非常高興谷歌公司嘗試了RE還遠遠不夠，地球需要的是真正顛覆性的技術，當然這樣說純粹是事後諸葛亮。當今的可再生能源技術遠遠不能滿足逆轉氣候變化趨勢的需要。幸運的是，各種新的發現正在改變我們對於物理學、納米技術和生物學的傳統看法。雖然人類正在面臨氣候變化的嚴重威脅，但如果研究人員朝著看似無法實現的目標努力，我們仍可以避免災難的發生。

我們始終是充滿希望的，因為有些時候，工程師和科學家們的確能夠變不可能為可能。就像阿波羅太空計劃，那需要一系列異乎尋常的火箭發明才能把宇航員送到月球。麻省理工學院的工程人員們利用最初的集成電路，在計算機如同屋子大小的真空管時代，就製造出了輕量緊湊的阿波羅制導計算機。他們的成就極大地推動了計算機科學的發展，並幫助人們創造了當今精彩奇妙的網路世界。現在，研發資金必須投向那些正在應對嚴峻能源挑戰的發明家們，這樣才能幫助他們大膽地試驗各類瘋狂的創意。雖然我們現在無法想像哪些技術最終才能奏效並帶來一個繁榮的新時代——但生活在繁盛未來的人們一定無法想像沒有這些技術該怎麼辦。

作者丨RossKoningstein, David Fork

轉自丨悅智網

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