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可持续能源

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可持续能源
丹麦Vendsyssel附近的风力涡轮机（2004）
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可持续能源是以“满足当前需求而又不损害子孙后代满足其自身需求的能力”的方式使用能源的实践。[1] [2]

以可持续的方式满足世界对电力，供暖，制冷和运输的电力需求被广泛认为是21世纪人类面临的最大挑战之一。在全球范围内，将近有十亿人无法用电，约有30亿人依靠烟熏燃料（例如木材，木炭或动物粪便）来做饭。这些和化石燃料是造成空气污染的主要因素，估计每年造成700万人死亡。能源的生产和消耗所排放的人为温室气体超过70％。

将全球变暖限制在1.5°C的建议途径描述了快速实施低排放的发电方法，以及在交通运输等行业向更多用电的转变。这些途径还包括减少能源消耗的措施；以及使用碳中性燃料，例如可再生电力或碳捕获和储存产生的氢。[3]要实现这些目标，将需要政府政策，包括碳定价，针对能源的政策以及逐步淘汰化石燃料补贴。

当提到产生能量的方法时，术语“可持续能源”通常与术语“ 可再生能源 ” 互换使用。通常，可再生能源，例如太阳能，风能和水力发电，被广泛认为是可持续的。但是，与使用化石燃料能源相比，特定的可再生能源项目（例如，砍伐森林来生产生物燃料）可能导致类似甚至更严重的环境破坏。核电是零排放源和同时其可持续性辩论，[4] [5]的欧洲联盟选择到2050年将其成为低碳能源骨干的一部分。[6]

可以将间歇性能源即适量的风能和太阳能整合到电网中，而无需额外的基础设施，例如电网储能。这些来源在2018年产生了全球电力的7.5％，[7]份额在迅速增长。截至2019年，风能，太阳能和电池的成本预计将继续下降。

定义

施里尔贝格（Schlierberg）太阳能定居点的建筑物采用了屋顶太阳能电池板，旨在最大程度地提高能效。结果，它们产生的能量多于消耗的能量。

世界环境与发展委员会在其1987年的《我们共同的未来》一书中描述了可持续发展的概念。[1]它对“可持续性”的定义现已广泛使用，它是：“可持续发展应满足当前的需求，而不损害子孙后代满足其自身需求的能力。” [1]

委员会在其书中描述了能源可持续性的四个关键要素：增加能源供应以满足人类日益增长的需求的能力，能源效率和节约，公共健康与安全，以及“保护生物圈和预防气候变化”。更局部的污染形式。” [8]自那时以来，提出了各种关于可持续能源的定义，这些定义也基于可持续发展的三个支柱，即环境，经济和社会。

  • 环境标准包括温室气体排放，对生物多样性的影响以及危险废物和有毒物质的产生。
  • 经济标准包括能源成本，是否以高可靠性将能源输送给用户以及对与能源生产相关的工作产生影响。
  • 社会文化标准包括防止在能源供应方面的战争（能源安全）和长期能源供应。

可持续发展的组织原则是可持续发展，其中包括四个相互关联的领域：生态，经济学，政治和文化。[9]

当前状态

从满足当前需求和对子孙后代的影响来看，提供可持续能源被广泛认为是21世纪人类面临的最大挑战之一。[10] [11] 比尔·盖茨在2011年说：

如果您让我选择接任未来的10位总统，还是确保能源对环境友好且成本仅为四分之一，那么我会选择能源。[12]

在世界范围内，将近有十亿人无法用电，超过25亿人依靠肮脏的燃料做饭。[13] 空气污染主要由燃料燃烧引起，估计每年造成700万人死亡。[14]联合国可持续发展目标呼吁到2030年“人人享有负担得起的，可靠的，可持续的和现代的能源”。[15]

能源生产和消费是气候变化的主要贡献者，截至2014年，其每年造成的人为温室气体排放量占72％。发电和供热占人为造成的温室气体排放量的31％，交通运输中的能源使用量15％，制造和建筑中的能源使用占12％。另外的5％是通过与化石燃料生产相关的过程释放的，另外8％是通过各种其他形式的燃料燃烧释放的。[16] [17]截至2015年，全球80％的一次能源是由化石燃料生产的。[18]

在发展中国家，超过25亿人依靠传统的炉灶[13]并开火燃烧生物质或煤炭进行取暖和烹饪。这种做法会造成有害的局部空气污染，并增加火灾的危险，估计每年造成430万人死亡。[19]此外，过度采伐木材和其他可燃材料可能导致严重的局部环境破坏，包括荒漠化。[20]因此，促进使用更清洁的燃料和更有效的技术来烹饪，是联合国人人享有可持续能源倡议的首要任务之一。截至2019 ，努力设计廉价的，由可持续能源驱动，且为用户所接受的清洁炊具大多令人失望。[19]

缓解气候变化的拟议途径

班吉风电场在菲律宾。
工人在马拉维建造太阳能电池板阵列结构

各种各样的专家和机构已经进行了成本效益分析工作，以确定使世界能源供应脱碳的最佳途径。[21] [22] IPCC的《 2018 年全球升温1.5°C特别报告》指出，为了将升温限制在1.5°C并避免气候变化的最严重影响，“全球人为造成的二氧化碳净排放量
2到2030年，将需要从2010年的水平下降约45％，到2050年达到净零。”作为本报告的一部分，IPCC 减缓气候变化工作组审查了许多先前发表的描述路径的论文（即情景和方法）。减排方案组合）以通过能源，土地利用，农业和其他领域的变化来稳定气候系统。

与将警告限制在大约1.5°C内的路径相吻合，描述了通过低排放方法向发电的快速转变，以及在运输等行业中用电代替其他燃料的使用增加。[23]这些途径具有以下特征（除非另有说明，以下值为所有途径的中值）：

  • 可再生能源：的比例主要能量由可再生能源的增加为15％，2020年2050年提供给60％[24]由生物量增加10％供应到27％的初级能量的比例，[25]与上是否有效的控制土地利用随着生物量的增长而改变。[26]风能和太阳能的比例从1.8％增加到21％。[25]
  • 核能：一次能源的利用供给的比例核电增长2.1％，2020年到2050年中的大部分途径4％描述核能使用的增加，但一些描述的下降。可能性之所以广泛，是因为核能的部署“可能受到社会偏好的限制”。[27]
  • 煤炭和石油：从2020年到2050年，煤炭一次能源的比例从26％下降到5％，石油一次能源的比例从35％下降到13％。[25]
  • 天然气：在大多数途径中，天然气提供的一次能源所占比例降低，但在某些途径中，它增加了。使用所有途径的中值，天然气一次能源的比例从2020年的23％下降到2050年的13％。[25]
  • 碳捕获和储存：途径描述了碳捕获和储存更多地用于生物能源和化石燃料能源。[27]
  • 电气化：到2020年，约20％的最终能源使用将由电力提供。到2050年，在大多数途径中，这一比例增加了一倍以上。[28]
  • 节能：途径描述了提高所有部门（工业，建筑和交通运输）的能源效率和减少能源需求的方法。通过这些措施，途径显示出能源使用量在2010年至2030年之间保持不变，到2050年将略有增加。[29]

可再生能源

从1965年到2016年可再生能源消费的增长

当提到能源时，术语“可持续能源”和“可再生能源”经常互换使用，但是特定的可再生能源项目有时会引起人们对可持续性的重大关注。可再生能源技术是可持续能源的重要贡献，因为它们通常有助于世界能源安全，并减少对化石燃料资源的依赖，从而减少温室气体的排放。[30]

太阳能

葡萄牙塞尔帕附近的11兆瓦太阳能发电厂

2018年，太阳能约占全球电力的3％。[7]太阳能发电使用光伏（PV）电池将光转换为电流。光伏模块可以集成到建筑物中或在连接到电网的光伏电站中使用。它们对于为偏远地区供电特别有用。尽管通常保证使用25年，但据称平均太阳能电池板将使用40年[31]，几乎所有太阳能电池板都可以回收利用。[32]

当前，光伏（PV）面板仅具有将撞击太阳光的约24％转换为电能的能力。[33]以这样的速度，太阳能仍然面临着广泛实施的许多挑战，但是在降低制造成本和提高光伏效率方面已经取得了稳步的进展。 2008年，麻省理工学院（MIT）的研究人员开发了一种通过使用太阳能从水中生产氢燃料来存储太阳能的方法。[34]此类研究旨在解决太阳能发展面临的障碍，即在夜间，当太阳不发光时，储存能量以供使用。

关于人工光合作用的大型国家和地区研究项目正在设计基于纳米技术的系统，该系统使用太阳能将水分解为氢燃料[35]，并且已经提出了一项全球人工光合作用项目的建议。[36]

天基太阳能正在研究中，天基太阳能是一种将太阳能电池板发射到外层空间并将其捕获的能量作为微波传输回地球的概念。目前正在中国测试该技术的设施。[37]

麻省理工学院的1号太阳能房建于1939年，使用季节性储热（STES）进行全年供暖。

太阳能供暖

抛物槽收集器的草图

太阳能加热系统通常包括太阳能集热器，将热量从集热器转移到使用点的流体系统，以及用于储热和后续使用的储罐或储罐。该系统可用于加热生活热水，游泳池水或空间供暖。[38]热量也可用于工业应用或作为其他用途的能量输入，例如冷却设备。[39]在许多气候中，太阳能供暖系统可以提供非常高的百分比（20％至80％）的生活热水能量。可以通过热能存储技术来存储热量。例如，夏天的热量可以储存为冬天的热量。类似的原理用于存储冬季寒冷的夏季空调。

风力

风力发电：全球装机容量[40]

2018年，风电提供了全球约6％的电力供应。[7]然而，出于美学或环境原因，可能难以将风力涡轮机安装在某些地区。[30]大型风电场可能由数百个单独的风力涡轮机组成，并覆盖了数百平方英里的扩展区域，但是涡轮机之间的土地可以用于农业或其他目的。风电场也可能位于海上。

在大约20年后，风力涡轮机叶片需要替换为较大的叶片，并且继续进行有关如何最好地对其进行回收以及如何制造更易于回收的叶片的研究。[41]

水力发电

水力发电大坝是使用最广泛的可持续能源之一。

在可再生能源中，水力发电厂具有使用寿命长的优势-许多现有的电厂已经运行了100多年。此外，水力发电厂清洁，排放极少，并且可以补偿风能和太阳能的变化。[42]针对大型水力发电厂的批评包括：规划水库的居民流离失所，以及在水库建设和洪水期间释放温室气体。[43]

但是，已经发现，高排放仅与温暖（热带）地区的浅水库有关，并且水力涡轮技术的最新创新使高效开发低冲击力的河道水电项目成为可能。[44]一般来说，水力发电厂的生命周期排放量比其他类型的发电量低得多。

2015年，水力发电量占全球电力供应量的16％，低于20世纪中叶后期的近20％。[45]它在加拿大生产了60％的电力，在巴西生产了近80％的电力。[45]截至2017年，自1980年以来，除中国外，大多数国家的新水电建设已经停止或放缓。[45]

生物质

巴西的甘蔗种植园生产乙醇
一个热电联产电站，使用木材为法国3万多户家庭供电

生物质是源自活的或最近活的生物的生物材料。作为能源，生物质既可以燃烧产生热量并发电，也可以转化为现代生物燃料，例如生物柴油和乙醇。

生物质具有多种用途，是可再生能源中最常用的来源之一。它在许多国家都有售，这使其对减少对进口化石燃料的依赖具有吸引力。如果生产的生物质的良好管理，碳排放可以通过显著二氧化碳的由植物在它们的寿命的吸收偏移。但是，这种“碳债务”可能还来得太迟，或者（尤其是在美国）没有得到适当解决。[46]如果生物质来源是农业或市政废物，则将其燃烧或将其转化为沼气也提供了处置此类废物的方法。[47]生物能源生产可以与碳捕获和储存结合起来建立零碳或负碳体系，但值得怀疑的是，它能否迅速扩大规模。[48]

如果从诸如人工林的农作物中收获生物质，那么这些农作物的种植会取代自然的生态系统，使土壤退化，并消耗水资源和合成肥料。[47] [49]在某些情况下，与使用石油基燃料相比，这些影响实际上可能导致更高的总体碳排放量。[49] [50]

生物燃料

生物燃料是由各种类型的生物质（例如玉米或甜菜）制造的燃料，例如乙醇。生物燃料通常是液体，用于驱动运输，通常与液体化石燃料（例如汽油，柴油或煤油）混合。截至2020年，关于可持续性生物燃料的争论仍在。

与传统的玉米基乙醇相比，纤维素乙醇具有许多优势。它不带走粮食供应，也不与食物供应直接冲突，因为它是由木材，草或植物的非食用部分制成的。[51]此外，一些研究表明纤维素乙醇比玉米乙醇具有更高的成本效益和经济可持续性。[52]截至2018年，纤维素乙醇生产商业化的努力大多令人失望，但新的商业努力仍在继续。[53] [54]

用农田种植燃料可以减少可用于种植食物的土地。由于光合作用固有的效率低下，农作物也需要大量能量才能进行收获，干燥和运输，因此每单位土地面积产生的能量非常小，范围为0.25 W / m 2到1.2 W / m 2。[55]在美国，自2011年以来，基于玉米的乙醇已取代了不到10％的汽车汽油使用量，但消耗了该国年度玉米收成的约40％。[49]在马来西亚和印度尼西亚，开垦森林以生产用于生物柴油的棕榈油已导致严重的社会和环境影响，因为这些森林是濒危物种的重要碳汇和栖息地。[56] 2015年，全球液态生物燃料的年产量相当于从原油中提取的能源的1.8％。[45]有人建议，由于可以持续生产的数量有限，它应该全部是航空生物燃料：因为与其他形式的运输不同，长途航空不能由电池，氢，氨或燃料电池供电。[57]

地热

加利福尼亚北部地热发电厂The Geysers的众多发电厂之一，总发电量超过750 MW。

地热能是通过利用地球内部产生并存储的热能来产生的。它是由地壳中发现的钾和其他元素的同位素的放射性衰变引起的。[58]地热能可以通过钻入地下获得，与石油勘探非常相似，然后由传热流体（例如水，盐水或蒸汽）携带。[58]主要由水控制的地热系统有潜力为系统带来更大的利益，并将产生更多的电力。[59]在这些以液体为主的系统中，可能存在下沉和地下水资源污染的问题。因此，在这些系统中必须保护地下水资源。这意味着在以液体为主的地热储层系统中，必须进行仔细的储层生产和工程设计。[59]地热能被认为是可持续的，因为不断地补充热能。[60]

地热能可用于发电和供热。使用的技术包括干蒸汽发电站，闪蒸蒸汽发电站和二元循环发电站。截至2010年，地热发电已在24个国家使用，[61]而地热供热在70个国家中使用。[62] 到2015年为止的三年中，国际市场平均每年增长5％。[63]

地热发电被认为是一个可持续发展，可再生能源的来源，因为与相比的热量提取小地球的热含量。[64]地热发电站的温室气体排放量平均每千瓦时二氧化碳排放量为45克二氧化碳，不到传统燃煤电厂排放量的5％。[62]

海洋能

海洋能主要是潮汐能和波浪能。截至2020年，法国和中国有数家小型潮汐能发电厂正在运营[65]，工程师们仍在继续尝试使波能发电设备具有更强的抗风暴能力。[66]

不可再生能源

核电

截至2020年5月27日，法国发电相关的CO 2排放量，总CO 2强度为52 gCO2eq / kWh。
截至2020年5月27日，法国发电相关的CO 2排放量，总CO 2强度为52 gCO 2 eq / kWh。资料来源：electricalmap.org

由于当今广泛使用的技术消耗的是不可再生资源铀矿，人们对基于核裂变的核电的可持续性进行了辩论。但是，由于每单位燃料的核能量是任何其他燃料的化学能的百万倍，因此用于核裂变的燃料量成比例地变小。由于相对较少的燃料使用，高的废燃料回收率（高达96％）和大量的储备，核电在几百年的规模内可以被认为是可持续的。[67]

自1950年代以来，一直在使用核电站来产生零排放，稳定的电力供应，而不会造成局部空气污染。2012年，全球30个国家的核电站发电量占全球的11％。[68]所述的IPCC认为核电是低碳能量源，具有生命周期的温室气体排放（包括采矿和加工铀），类似于来自可再生能源的排放。[69]截至2020年，核电提供了欧洲联盟低碳电力的50％，占欧洲能源总产量的26％。[70]

截至2020年5月27日，德国与发电相关的CO 2排放量，总CO2强度为257 gCO2eq / kWh。
发电相关CO
2在德国排放5月27日到2020年总体CO
2强度为257 gCO2eq / kWh。资料来源：electricalmap.org

的反核运动自1993年以来已经导致核能在全球电力供应的贡献下降[71]对核能公众的支持往往是低的安全问题的结果，[72] 但是，对于每个单元核能比化石燃料能源安全得多。[73]绿色和平组织和塞拉俱乐部 等传统环境团体反对一切使用核能的行为。[74]将核电描述为绿色能源的个人包括Stewart Brand，[74] George Monbiot，[75] Bill Gates，[76] 詹姆斯·洛夫洛克[77]和英国绿色和平组织的负责人（2001-2007年），斯蒂芬·廷代尔。[78]

欧盟于2018年选择了核电作为欧洲低碳电力系统的一部分。[6]

未来的设计

较新的核反应堆设计能够从核废料中提取能量，直到不再（或显着降低）危险为止，并且其设计功能极大地减少了核事故的可能性。这些设计（例如熔融盐反应器）尚未商业化。其他一些反应堆，例如整体快速反应堆，可以通过称为核nuclear变的过程“燃烧”核废料。通过使用核后处理和较新的工厂，例如快速增殖工厂，可以或多或少地消除核电厂的核废料问题。

ium是用于th基核动力的可裂变材料。的钍燃料循环的权利要求在几个潜在的优点铀燃料循环，包括更大的丰度，优异的物理和核特性，以更好地抵抗核扩散[79] [80] [81]和降低的钚和锕系的生产。[81]因此，它有时被称为可持续的。[82] 对已经运行的核电厂延长其使用寿命（可能长达80年）的安全性评估，[83]仍在继续。[84]不管过去发生过什么事故，与其他能源相比，核能仍然是每单位能源可获得的最安全的能源。[85]

融合

一种潜在的能源是核聚变（与当今使用的核裂变相反）。它是存在于包括太阳在内的恒星中的反应。由于缺乏链式反应，目前在建的聚变反应堆（ITER）有望具有内在的安全性，并且不会产生长寿命的核废料。[86]核聚变反应堆的燃料是非常广泛使用的氘，锂和tri。[87]

碳捕集与封存

从理论上讲，尽管此过程很昂贵，但可通过碳捕获和存储来显着减少化石燃料和生物质能发电厂的温室气体排放。根据政府间气候变化专门委员会的说法，要达到2°C的目标，最低的成本途径包括大规模部署一种称为“ 带碳捕获和封存的生物能源”的特定类型的负排放技术，即BECCS。[88]但是，通过BECCS实现此目标所需的资源比全世界目前可用的资源更多。例如，每年捕获100亿吨CO 2（GtCO 2/ y）将需要使用世界目前40％的耕地中的生物量。[89]

管理间歇性能源

在抽水蓄能水力设施中，抽水上坡发电超出了需求。水随后被释放以产生水力发电。

太阳能和风能是可变的可再生能源（VRE），可根据天气和一天中的时间间歇性地供电。通过合并这些来源，可以减少总体的间歇性。[90] [91]

大多数电网都是为非间歇性能源（例如燃煤电厂）建造的。根据国际能源署的说法：“电力系统在各种时间范围内都需要灵活性，而不同的灵活性硬件解决方案和操作实践解决方案则提供了时间范围特定的功能”。[92]到2030年，全球一半的电力将需要用作风能和太阳能，以限制到2050年全球温度上升到远低于2°C。[93]随着越来越多的太阳能和风能被并入电网，有必要对整个系统进行更改以确保电力供应与需求相匹配。这些更改可以包括以下内容：

  • 使用水力发电站，天然气厂或其他化石燃料或核电站生产备用电源
  • 使用电网储能来存储多余的太阳能和风能，并根据需要将其释放。最常用的存储方法是抽水蓄能，仅在靠近大山丘或地下深井的位置才可行。电池正在广泛部署。其他存储技术（如天然气发电）仅在有限的情况下使用。[94]
  • 与区域电网中的其他位置或通过长距离输电线路进行电力交易
  • 通过能源需求管理和使用智能电网来减少特定时间的电力需求。
  • 能源市场（或更具体地说是电力市场）发生变化，以便更好地支付电力供应的灵活性[95] [96]

截至2019年，尽管电池系统的成本急剧下降，但大型人口中心的储能成本和物流是一项重大挑战。[97] 例如，一项2019年的研究发现，为了在美国东部和中西部遭受极端寒冷的一周之久，太阳能和风能替代所有化石燃料的产生，储能能力必须从11吉瓦的地方增加这段时间将在230 GW至280 GW之间，具体取决于淘汰的核电量。[97]

抽水蓄能以及负载下的煤炭，石化天然气和核能电厂是均衡间歇性能源作为2020年最广泛的技术。

作为2020年在欧盟这个已经成为事实上在决定国家标准关闭其零排放的核电厂如德国。[98] [99] [100] [101]这种做法导致德国之间的争论，这使显著投资化石天然气进口但失败了它的CO
2减排目标[102]和法国，其能源结构主要由核电组成，其能源部门的平均CO2排放量比德国小5倍。[103] [104]

能源效率

朝着能源可持续发展迈进，不仅需要改变能源的供应方式，还需要改变其使用方式，而且减少交付各种商品或服务所需的能源量至关重要。能源方程式的需求方面的改进机会与供应方面一样，既丰富又多样，通常可带来显着的经济效益。[105]

效率减慢了能源需求的增长，因此清洁能源供应的增加可以大大减少化石燃料的使用。最近的历史分析表明，由于经济和人口的持续增长，能源需求的增长速度通常已超过了能源效率的提高速度。结果，尽管提高了能效，但总的能源使用量和相关的碳排放量仍在继续增加。因此，鉴于提高能源效率的热力学和实际限制，减缓能源需求的增长至关重要。[106]但是，除非清洁能源供应迅速上线，否则需求增长放缓只会开始减少总排放量。还需要减少能源的碳含量。因此，任何关于可持续能源经济的认真愿景都要求对可再生能源和能源效率作出承诺。[107]

趋势

截至2019年，化石燃料仍占世界能源消耗的 80％以上，尽管人均能源消耗预计在2020年代达到顶峰，但可持续能源的使用增长速度还不足以满足《巴黎协定》的2度目标。[108]

截至2019年，对400吉瓦核电容量的预测（到2018年将提供世界10％的电力），到2030年将下降8％至25％。[109]

2020年，国际能源署警告说，由冠状病毒爆发引起的经济动荡可能阻止或延迟公司投资绿色能源。 [110] [111] [112] 如果不采取行动，爆发可能会导致世界清洁能源转型的放缓。[113]

燃料从煤炭转换为天然气

平均而言，对于所产生的能量的给定单元，的温室气体排放量的天然气围绕一半的排放煤用于产生热时使用时发电，并且煤的约三分之二的排放：然而减少甲烷泄漏是势在必行。[114]天然气产生的空气污染也比煤炭少得多。因此，人们倡导建设燃气发电厂和天然气管道，以减少排放并逐步淘汰煤炭使用，但是这种做法引起争议。反对者认为，发展天然气基础设施将创造数十年的碳锁定和搁浅资产，而可再生能源以可比的成本产生的排放量要少得多。[115]所述的生命周期的温室气体排放的天然气是围绕风和核能的40倍的排放。

电气化

尽管电气化持续不断，到2040年，化石燃料仍将提供世界三分之二的能源。[108]

政府能源政策

比较全球能源使用趋势，绿线表示到2015年可再生能源的增长[116]

根据IPCC，明确的碳定价和针对能源的补充政策都是将全球变暖限制在1.5°C的必要机制。[117]

过去，针对能源的计划和法规一直是减少化石燃料排放的主要手段。[118]成功的案例包括在1970年代和1980年代在法国建造核反应堆，以及在美国节省数十亿桶石油的燃料效率标准。[118]特定于能源的政策的其他示例包括建筑法规中的能源效率要求，禁止新建燃煤电厂，电器性能标准以及对电动汽车的使用支持。[119] [117]尽管如此，化石燃料补贴仍然是向清洁能源系统过渡的主要障碍。[120]

碳税是鼓励向低碳经济发展的有效途径，同时提供可用于降低其他税率的收入来源[121]或帮助低收入家庭负担更高的能源成本。[122]在某些辖区，碳税在政治上遭到了强烈的压制，而针对能源的政策在政治上往往更加安全。[118]根据经合组织的说法，如果不对能源征收碳税，就无法遏制气候变化，但与能源相关的二氧化碳排放量的70％在2018年根本没有征税。[123]一些研究估计，将碳税与特定能源相结合政策将比仅征收碳税更具成本效益。[117]

可持续能源研究

在学术，联邦和商业领域内，有许多组织在可持续能源领域进行大规模的高级研究。面向可持续能源系统的科学生产正呈指数级增长，从仅关于可再生能源的1992年的约500篇英语期刊论文增长到2011年的近9,000篇论文。[124]

氢

氢是一种零排放燃料，可以通过电解将水分子分解为氢和氧来产生。如果用于生产氢气的氢气来自可持续资源，例如风能或太阳能，那么氢气可以在可持续能源系统中发挥作用。多余的间歇性可再生电力可产生氢，然后将其存储并产生热量或重新产生电力。氢可以通过船舶[125]或通过管道进行分配。最多可将20％的天然气混入天然气管道而无需更改管道或设备，[126]但由于氢气太轻，这只能节省7％的排放。[127]截至2020年关于如何将天然气网格转换为100％氢气的试验正在进行中[128]，以减少或消除住宅和工业天然气采暖的排放。[129] 它可用于为具有氢燃料电池的车辆提供动力。[130]由于它的能量含量低，因此在氢动力船或重型道路车辆中使用[131]比在汽车和飞机中更容易使用。

截至2018年，世界上很少有氢气来源来自可持续来源。几乎所有的氢都是通过蒸汽甲烷重整（SMR）产生的，这会导致高温室气体排放，但目前比通过电解产生氢便宜。尽管可以从SMR中捕获一些碳，但通过使用具有碳捕获和存储技术的自热重整技术可以去除大部分排放的二氧化碳，可以使该过程更具可持续性。[129]

另请参阅

  • 能源行业对环境的影响
  • 化石燃料撤资
  • 生命周期中能源的温室气体排放
  • 人人享有可持续能源倡议

参考

  1. ^ 跳至： a b c Kutscher，Milford和Kreith 2018。
  2. ^ 可再生能源与效率合作伙伴关系（2004年8月）。“可持续能源法规中的术语表” （PDF）。于2008 年12月19日检索。
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