如何为我们的可再生未来铺路

这是这本书的摘录“我们的可再生未来:为100%清洁能源铺平道路，”由岛屿出版社出版。

液态石油是世界上最主要的能源。石油的能量密度大，便于携带，易于通过管道和油轮运输——这些特性使它非常适合作为运输燃料。好用的买球外围app网站

此外，在20世纪，它非常便宜。例如，在20世纪80年代，一桶石油含有1700千瓦时的能量(相当于10年多的艰苦劳动)，按通货膨胀调整后的美元计算，只需要35美元。廉价的运输能源帮助推动了全球化，这是过去几十年最重要的经济趋势之一。

今天，交通运输好用的买球外围app网站占美国能源最终使用的41%，其中超过95%的交通运输依靠石油。绝大多数汽车仍在燃烧石油衍生的燃料，飞机、轮船、卡车和铁路机车也是如此。

贸易依靠原材料和成品的运输。虽然货币的流动可以在几乎瞬间受到电子的影响，但货币象征的实体经济需要车轮、道路、轨道、舵、跑道——以及润滑和燃料运输的润滑油。好用的买球外围app网站

由于石油在过去的一个世纪里是如此丰富和廉价，我们已经全球化了我们所依赖的大多数商品的生产。2011年，美国港口吸收了1.73万亿美元的货物，是50年前美国贸易总额的80倍。

此外，石油对我们的工业食品系统至关重要。虽然粮食系统的石油主要用于运输农业投入物和产出物，但柴油和汽油也被用于拖拉机和其他农场机械的动力。在美国，种植、运输、加工、冷藏和烹饪食物所消耗的10卡路里工业能量中，有21%来自石油。

如果向可再生能源的过渡要成功，就必须解决这些对液体燃料的系统性依赖。正如我们将看到的，正在为此作出努力，但仍然存在巨大的挑战。

电气化

由于太阳能和风能技术可以发电，解决交通运输对石油依赖的一个显而易见的解决方案是使电气化交通好用的买球外围app网站．目前，全球约有75万辆合法上路的电动汽车(ev)，市场年增长率高达76%。

美国每年增长69%，目前约有30万辆汽车使用电池。按照这样的增长速度(几乎每年翻一番)，美国的电动汽车市场可能在十年内增长到与目前的汽车市场规模相当的规模尽管几乎没有人认为这会发生，因为大约一半的汽油动力汽车仍将在10年后运行，而绝大多数仍在销售的汽车是传统的内燃机。

然而，电动汽车受到了所有个人机动化道路交通固有的低效率的影响:为了运送价值几百英镑的人，需要移动一辆1到2吨重的汽车。车辆本身代表了大量的隐含能源，每辆高达75兆瓦时。

如果向可再生能源的过渡要成功，就必须解决这些对液体燃料的系统性依赖。

这意味着，如今全球超过10亿辆汽车大约代表了5000万千瓦时的能源，是2014年可再生电力总产量的许多倍。

此外，道路建设和维护也需要能源:华盛顿大学(University of Washington)的一项元研究发现，这些目的的总能源消耗合理估计为每车道公里铺设的道路0.5至1千瓦时。这种能量消耗的绝大部分是以石油的形式存在的。全世界有6500万公里的道路，这代表了多达6500万千瓦时的能源，相当于世界上的汽车。

交通电气化战略既包含机遇，也包含障碍。这一机遇始于这样一个事实:1千瓦时的能量可以推动一辆典型的电动汽车行驶2.94英里，而类似大小的汽油动力汽车只能行驶0.83英里。这是因为电动马达比内燃机效率高。

然而，电动汽车的核心是它的电池。正如我们已经看到的，尽管电池技术不断创新，价格不断下降，单位重量的存储量不断增加，但即使是理论上最好的电池，与石油燃料相比，其能量密度也非常低。

其结果是，电池在小型、轻型车辆上工作得最好。虽然道路上的大部分车辆是用来运送人的，但在美国道路上运输的总重量中，99.9%(不包括车辆本身)是我们消费的货物。

但大型重型车辆，如卡车在大多数情况下，拖拉机和货船对电池的要求过于沉重而不实用，特别是在长途行驶时。与此同时，电池驱动的航空(一架或两架飞机除外)根本不是一个选择。

一些公司已经提议建设电气化公路，以便给电动卡车带来类似的效率。

许多铁路已经实现了电气化(2012年，全球一半的铁路吨位通过电力牵引运输)，而且这是在没有电池的情况下实现的:电力通过架空线路或第三条铁路分配给机车。

与柴油发电相比，电气化铁路具有更高的效率和更低的运营成本的优势，尽管电气化的初始资本成本相对较高。一些公司已经提议建设电气化公路，以带来与电动卡车类似的效率，尽管基础设施成本将再次很高。

利用架空电线供电的电动城市公交车和电车已经使用了一个多世纪。新一代电池供电的电动公交车(其中一些在公交车站充电)越来越受欢迎，包括一些公交快速运输系统，这些系统的特点是高容量的公交车在专用走廊上运行，可以在车外收取车费，车站站台与巴士地板齐平。

电动长途汽车和电动火车可以用于城际旅行。作为小型小型汽车或出租车运行的电动面包车，电动汽车共享和小型电动巴士将是社区间旅行的理想选择。

从短期来看，交通电气化的形式很可能是越来越多的电动汽车，尽管这一趋势最终可能会受到个人汽车拥有和运营固有的低效率以及修建和维修高速公路对石油的需求的限制。

维珍航空公司宣布打算测试一种替代航空燃料，据称这种燃料的碳足迹只有标准飞机煤油的一半。

理论上，电气化铁路可以取代卡车运输和国内航空运输，运送的人口将比现在多得多;然而，美国现有的客运铁路网络陈旧，在这方面处于明显的劣势。大幅扩大电动铁路和公共汽车将需要前期的基础设施成本、内耗能源和扩建时间。这意味着需要数十年的努力，包括大量初始补贴(大概来自政府)。

生物燃料

在电池不适合运输的地方(如重型公路车辆、船舶和飞机)，为什么不使用生物燃料呢?这些可再生燃料是从粮食作物、农林残渣或藻类中提取的，通常以乙醇、生物柴油或甲醇的形式存在。美国每年生产143.4亿加仑乙醇和12.7亿加仑生物柴油，大约占2014年汽油消费量的10%。这些燃料可以用来驱动美国的飞机、轮船和卡车吗?

因为航空美国占全球碳排放量的2%，无法实现电气化，让我们关注这个行业。在目前的飞机引擎中直接使用乙醇或生物柴油是不现实的，因为这些燃料没有正确的化学特性(例如，生物柴油在低温下往往会变得非常粘稠)。

然而,航空工业目前正在进行几种化学方法的替代燃料实验，其中最常见的是从植物或藻类中提取的精炼油。2011年，航空公司被批准使用50%的混合燃料，试飞和商业飞行都取得了成功。

研究继续以酒精为基础的途径，以及通过合成生物学。维珍航空公司(Virgin Atlantic)宣布，打算测试一种替代航空燃料，该燃料的碳足迹是标准航空煤油的一半。该燃料的生产过程是将工业钢铁生产过程中富含一氧化碳的气体发酵成乙醇，然后使用LanzaTech工艺进一步转化为航空燃料。

生物燃料行业的发展面临的挑战是环境权衡、成本、可扩展性和能源盈利能力。这些挑战都是密切相关的。