把空气中氢和碳变成汽油；发射卫星把太阳能变成微波能传回地球；把二氧化碳装进大塑料口袋沉入海底；从龙卷风中捕捉能量；采集人体散发热能；从下水道获取燃料……为了对付日益紧迫的气候环境问题，科学家们又想出了许多大胆奇特的节能新点子。

　　太空发电

　　构想：将巨大太阳能电池板发射进太空轨道，将无限的清洁能源传回地球。

　　计划：到2030年，日本希望从太空中获得能源，从而取代肮脏的煤炭。他们的想法是把卫星发射进赤道上空的对地静止轨道，在空中，卫星伸展开1.5英里长的太阳能电池板，每天24小时吸收太阳光。卫星上安装的发射装置将把太阳能转化成微波能，再传送回地面接收站。每个地面站装备有直径2英里的庞大天线，能够生产10亿瓦电能，足够50万个家庭使用。相当于普通煤炭发电站的两倍，并不会排放一丝一毫的温室气体。

　　设想中的空间太阳能发电系统基本上由三部分组成：太阳能发电装置、空间微波或激光转换发射装置和地面接收转换装置。太阳能发电装置将太阳能转换为电能；空间转换装置将电能转换成微波或激光并利用天线向地面发送能束；地面接收转换系统通过天线接收空间发来的能束，将其转换成电能。整个过程是一个太阳能、电能、微波或激光、电能的能量转变过程。为了提高能束传输效率，目前拟使用微波送电，将来也可能使用激光。

　　把太阳能电池板安装进太空有一个明显优势：在2.2万英里高的空中，永远晴朗无云。由于不受大气层和气候的影响，平均而言，太空中的日照量是地面的8至10倍。现在，随着卫星发射成本的下降（今天发射卫星的价格按重量计算，约为5000美元1磅；10年前高达1.2万美元1磅）。加之能源费用的高涨（已经是2005年的两倍），科学家们最终对这个点子心动起来。

　　自20世纪80年代以来，空间太阳能发电系统的工作受到了国际上的广泛重视。技术实力雄厚的美国和能源资源短缺的日本，大力开展了太阳能发电卫星（SPS）的各项工作；德国、俄罗斯等也投入了相当的研究力量。

　　日本宇宙科学研究所于1987年成立SPS太阳能发电卫星研究组。提出了两个SPS空间发电卫星模型。一个是利用热动力机械发电的“可储存能源的轨道发电站”（ESOPS），功率为70兆瓦。另一个是利用太阳能电池发电的SPS2000，功率为10兆瓦。1993年完成了SPS2000卫星的模型设计。SPS2000卫星呈正三角形棱柱形状，像座窝棚。边长336米，柱长303米。三角柱的两侧布满太阳能电池，朝着地球的这一面的中央放置着边长为132米的正方形送电天线。其运行的轨道选择为距地1100千米，轨道倾角为0°。发电卫星的组成，除上述的发电、集电及送电部分外，还有通信、控制的部分，卫星骨架的结构部分以及用于组装和维护用的机器人等，总重量约为240吨。准备采用大型火箭分16次发射，然后再在太空将其组装起来。

　　今年年底，日本太空探索署（JAXA）计划首先在地面实验SPS计划：将微波束发射向170英尺外的直径6.5英尺的天线，接收器再将微波转化成为直流电。听上去远不如从太空中发射波束有意思，但却是关键的第一步。

　　潜在弊端：一种可能的可怕情景是，卫星发射回的微波束没有命中接受天线，而是射向其他地方———比如一座村庄———从而引发火灾。为了减少此类危险，JAXA的科学家正在研究一种自动检测系统，在卫星偏离方位的情况下能够自动关闭微波束。

　　估计实施时间：JAXA计划于2013年前，向太空轨道发射第一颗微波能卫星，2030年前建立一个地面接收站网络，直接并入电网。

　　种植多毛植物

　　构想：在世界各地种植数千英亩的多毛植物，用以反射太阳光，帮助降温。

　　计划：在研究改良作物，应对未来闷热气候的过程中，美国加州大学埃尔文分校的地球科学家克里斯托弗·道蒂发现，在炎热贫瘠条件下繁衍的植物的叶子和茎干上往往覆盖了一层似绒毛的纤维。研究发现，这些细小的毛发能够反射太阳光中几乎全部近红外光，同时允许可见光抵达叶面，形成光合作用。通过吸收较少热能，蒸发较少水分，这些多毛植物更加节省能源———更适合温热气候。这一发现引起道蒂的思考：如果让多毛植物覆盖地球相当部分面积，把近红外能反射回太空，究竟能多大程度上降低地球温度？于是，他用计算机建立起地球气候循环模式，参照几百种气候变量以及它们可能对世界各地气候的影响。当把农作物的反射能力增加10%时，道蒂发现，将多毛植物分布在南北维30°和极点之间时，效果最佳，可使区域气温下降2至3华氏度。

　　不幸的是，多数农作物不够多毛，无法造成这样显著的降温效果。但是，通过聪明的选择育种可以弥补这一点。“迄今为止，还没有人刻意栽种多毛植物，”道蒂说，“这是因为，直到现在都没有这样做的理由。”

　　潜在弊端：反射力超强的植物将导致较少水分被蒸发入大气层，导致保护性云层减少，反而造成地表温度上升。

　　估计实施时间：刻意繁殖多毛植物，使阳光反射率增加10%需要数十年的时间。

　　从空气中提取燃料

　　构想：一种改良核反应堆每天能够生产1.7万桶汽油，足够驱动5.4万台本田Civic车。

　　计划：空气中含有氢和碳，它们正是构成汽油的主要元素。那么，为什么不直接把空气变成燃料。理论上，人们可以通过加热，分离出水中的氢气；氢气再把二氧化碳中的碳原子“抢”走，结合成为碳氢化合物；此后人们对碳氢化合物进行再次改造，就可以制造出类似“汽油”这样的燃料能源。在现实生活中，二氧化碳和水大量存在，但是简单的理论能得到最终的实现吗？

　　美国洛斯阿拉莫斯实验室的科学家正在考虑，用核电站将二氧化碳变成可再生能源。按照科学家的设想，空气吹入碳酸钾溶液后，即可吸收空气中的二氧化碳。然后再把二氧化碳从溶液中提取出来，经化学反应后使之变为可再生燃料。

　　在核电站，当空气进入反应堆的冷却塔时，通过碳酸钾溶液过滤，其中95%的二氧化碳被留下形成重碳酸盐溶液（一种多少类似苏打粉的物质）。

　　然后，电解池把碳酸盐变成100%的二氧化碳。至于氢，核电站生产的电能一部分可用于电解过程，从水中分离出氢。最后，催化过程使氢和碳结合，形成甲烷、汽油或喷气燃料，整个过程不产生丝毫有毒废气。研究者估计，假如每天生产8600吨二氧化碳（足够生产1.7万桶汽油）需要6个冷却塔和90个电解池。

　　潜在弊端：这个计划需要汽油价格持续上涨，才能符合经济效益。因为这种方法生产汽油的成本至少达到每加仑4美元。如果油价下降，这个计划显然将随之死亡。

　　估计实施时间：洛斯阿拉莫斯实验室的科学家计划明年推出电解池原型，商业型号有望于2013年前问世。

　　把二氧化碳沉入海底

　　构想：把二氧化碳装进6英里长的香肠形状塑料口袋里，沉入海底。

　　计划：这个方案有点儿让人难以接受———将香肠形的塑料口袋覆盖几千平方英里的海底，往口袋中灌满发电站排放的二氧化碳，然后就让它们永远在海底安息。加拿大卡尔加里大学的物理学家大卫·基斯说，“当我第一次听到这个建议时也觉得挺蠢，不可思议，但后来和海洋工程师讨论后，我改变了想法。”在和美国阿贡国家实验室和新加坡大学的工程师们研究这个构想之后，基斯确信这个计划不但可能；而且实用。

　　“背后的物理原理非常简单，”基斯解释说。在水面两英里之下，液态二氧化碳密度大于海水，因此会下沉。事实上，几十年来，科学家们一直建议将液态二氧化碳沉入深海低压区，形成液体二氧化碳湖泊。这一建议一直遭遇环保主义者坚决反对，因为，部分二氧化碳最终可能溶解，导致海水酸化。但是，如果把液体二氧化碳装进抗腐蚀材料———比如有机聚合体或钛金属容器———它们可能在海底安然无恙地保存几千年。

　　“香肠”袋的外壳柔软，可以绕一个漂浮的轴心卷起来，然后用拖船拖到距离海岸60英里的地方，旋转轴心，把“香肠”袋放到两英里下的海底。水下机器人再将每个口袋的袋和海底主管道阀门连接。电站捕捉回生产过程中排放的二氧化碳，压缩成液态，输入管道，再以每秒钟2吨的速度输送进香肠袋。地球表面70%被海洋所覆盖，通常距离大陆海岸60英里外就能达到沉放二氧化碳的深度，所以绝不会出现地方不够的问题。输送二氧化碳的管道也可不断延伸，以满足新增口袋的需要。

　　潜在弊端：我们有没有提到人类目前随意向大气倾倒二氧化碳的速度？大约每小时800吨。以此速度，每分钟排放的二氧化碳就足以装满一艘油轮。为了把目前的全球排放量减少20%，我们需要每11天装装满一个“香肠”袋。另一个更严重的问题是口袋的耐久性。比如口袋被鲨鱼咬坏，或者口袋材料分解的速度比人们预计的要早，不是在几千年而是几百年后。还有一个难点就是成本问题，包括从工厂废气中分离二氧化碳的成本。

　　估计实施时间：基斯估计2020年前可以完成海底口袋的安装。

　　节能煮酒法构想：通过全球大酒厂改用高压蒸汽煮麦芽汁技术，每年节约60千瓦小时能源（足够每年照明2000万个灯泡）

　　计划：今年年初，英国最古老的酿酒厂尼玛牧羊人啤酒厂开始采用一种新的“煮麦芽汁”技术生产啤酒。这种新方法能够减少10%的能耗。

　　啤酒的主要成分除了水之外就是淀粉，比如麦芽。把淀粉浸泡在水中，生物酶将其分解成糖溶液———麦芽汁。接下来就是煮麦芽汁，去除其中杂质。这一工序消耗能源占整个酿酒厂耗能的20%.一家叫PursuitDynamics的英国公司针对这个高耗能环节发明了PDX麦芽加热器———能以每秒3000英尺的速度喷射蒸汽的一套喷管系统。高压将麦芽汁液体分解成雾滴，使之更快被加热，达到目标温度。煮酒时间从1小时减少为30分钟，减少一半能耗。如果全球8000家主要酿酒厂采用这一技术，每年节约的电能相当于少用300万吨电煤。

　　潜在弊端：泄露的喷管可能污染蒸汽，破坏一批产品。此外，说服酒厂花大价钱采用新技术，取代延续了几百上千年的工艺恐怕不容易。

　　估计实施时间：随能源成本不断上涨，3年内，蒸汽煮啤酒技术可能成为行业标准。

　　采集体热

　　构想：收集公交车站数百万乘客散发的体热，用于建筑物供暖，可减少能耗达15%.

　　计划：每个人无时无刻不在产生能量。静静躺在沙发上，每人每小时就可产生60瓦能量，上下班高峰期在地铁站中匆忙行走则可产生约100瓦。瑞典国营能源公司JernhusenAB计划捕捉利用人体散发的能量。位于瑞典首都斯德哥尔摩的中央车站建于1871年，现在，每天客流量高达25万。大量人体释放出的体温让车站充斥热能。JernhusenAB将在斯德哥尔摩中央地铁站安装一个汽车大小的热交换器，吸收每天经过的25万乘客散发体热加热的空气，用于提供隔壁建筑供热系统所需的15%热能。这个交换器加热水管，再将热水输入隔壁新建筑内的另一台热交换器，在那里，整个过程被逆转：热水加热空气，温暖建筑内的居民。夏季，当体热不再受欢迎时，同样的交换器将从附近湖泊抽取冷水，用于冷却地铁站和附近建筑气温。

　　潜在弊端：这一套热交换系统在其他城市可能不容易复制。斯德哥尔摩中央地铁站和附近建筑罕见地“亲近”，而且它们都属于瑞典国民。此外，负责该工程的卡尔·桑德霍尔姆说，“这套系统成本较昂贵，占用空间较多，”但是，1年之内就能靠节约的能源收回额外成本。

　　估计实施时间：2010年，斯德哥尔摩中央地铁站就可以开始收集乘客的体热。

　　人造龙卷风

　　构想：从人造龙卷风中生产能量，用于整个城市照明。

　　计划：平均速度100mph（英里/小时）的龙卷风能够产生1万度电，一次强大飓风释放的能量可超过人类全年所耗费的能量，即使是一场中等强度的龙卷风，其能量也相当于一座大型电站的发电量。如果人类能够利用这种能源而不是任其摆布，那该有多好。在一家大型石油公司任职的加拿大工程师路易斯·米克霍德认为通过制造可控制利用的人造旋风就能实现这一设想。他把自己的发明称为“大气涡流发动机”。他创造了一台宽13英尺的龙卷风生成机，能够产生强大的气旋，推动发电机涡轮。去年，米克霍德展示了一台小原型机，成功造出一个6.5英尺高的龙卷风。他正在研制的更大型号的新机器将能产生迄今为止最强大的人造龙卷风。

　　意识到龙卷风发电潜能的不止米克霍德一人。还有科学家研究用太阳能制造龙卷风发电：建造一座面积很大的透明圆形大棚，棚顶是塑料膜，从棚的四周向中心逐渐升高，与中心烟筒状塔相连。当棚内空气被太阳加热后，流向筒状高塔。气流迅速带动塔中叶轮而发电，每小时发电功率可达70万～100万千瓦。

　　在海洋上空，由于太阳的照射，热空气上升，冷空气下沉，形成上下流动的风。科学家设计了一种巨大的筒状物并让它飘浮在海洋上空。然后用人工方式引导气流在筒内上升下降，从而驱动涡轮机进行风力发电。这些都是利用人造龙卷风发电的新思路。但是，所有构想中，只有米克霍德的大气涡流发动机最接近实践。

　　如果一切顺利，米克霍德希望开始建造完整的商用版本。它将有两个足球场大，可以产生宽150英尺，高1英里的强大旋风。这台机器的外壁装有20个风扇，用于吸取空气，吹向热水管，使空气加热，通过管道送入内部舱室。输送气体的管道弯曲，使内部空气像龙卷风一样旋转。要让这台机器运转起来需要2000兆瓦电能，但是，米克霍德计划采集电站浪费的热能，用于加热水管。一旦旋风形成，将不再需要额外能源使之保持旋转，只要风暴底部保持低压，继续吸收更多空气，涡轮发电机就会继续工作。通过涡轮的空气最终推动发电机，把旋风的机械能转换成200兆瓦电能，足够满足20万个家庭的用电。

　　潜在弊端：如果人造龙卷风失控怎么办？如果它从发电站逃跑怎么办？米克霍德说，他只需要关闭内部舱室的输气管道，阻断空气供应，或者逆转吸入空气的方向。

　　估计实施时间：5年内龙卷风生成机将可能投入生产。

　　沼气巴士

　　构想：将人类文明最卑贱的副产品———包括人体排放的废物、动物尸体———变成清洁燃料。

　　计划：沃伦·魏斯曼领导的俄勒冈生物气公司正在试验一个新计划，根据该计划，美国第一辆以沼气为燃料的巴士将从俄勒冈尤金市的一家污水处理厂获得燃料。魏斯曼相信，城市污水加上农作物废料和餐厅剩菜剩饭生产的沼气最终将满足所有公共汽车的燃料需求。

　　沼气通过厌氧消化产生，在这一过程中，细菌在缺氧条件下，分解有机废料。将沼气中的氰化硫和二氧化碳分离出后，剩下天然气（多为甲烷），再经过压缩处理。

　　下水道产生的沼气虽然不足以驱动公路上的每一辆汽车，但至少可以取代柴油等不可更新的高污染燃料，用于公共交通。不同于从地下深井采集的天然气，沼气不释放导致气温升高的二氧化碳。

　　瑞士、法国、西班牙和冰岛已经开始采集下水道沼气，用作公交车燃料。在瑞典林雪平市，所有公交巴士都采用用有机材料（比如废料、屠宰场垃圾）产生的沼气。林雪平还拥有世界第一列（可能也是唯一一列）沼气燃料列车。

　　潜在弊端：沼气产量取决于废料成分。仅仅依靠城市污水处理系统获得沼气有限，因此必须添加其他废料。此外，运送材料到处理厂需要消耗燃料，削减了该系统的效率。

　　估计实施时间：俄勒冈能源部的清洁城市计划准备给沼气巴士工程提供100万美元资金，但当地官员说首先必须改进污水处理厂，因此巴士计划不得不延后。

　　猪尿变塑料

　　构想：每天采集全球几十亿头猪排放的尿，循环加工变成塑料餐盘。

　　计划：在丹麦人杰斯·汤普森眼里，猪尿和石油、煤炭、天然气一样宝贝。猪肝脏产生一种叫尿素的化学物质，它大有用途，可用做道路、飞机的防冻剂，还可加工成所谓的生物塑料。在这种塑料中，尿素取代石油成为主要成分。今年年底，汤普森的Agroplast公司将开始每天收集3000立升猪尿，送到哥本哈根附近一家工厂用于生产生物塑料，这样做既节约成本又节省资源。

　　通常，猪尿和猪粪便被倾倒进臭烘烘的大型蓄粪池，容易因为泄露造成环境隐患，导致危险的空气和地下水污染。相反，Agroplast的过滤系统能够迅速采集猪尿，保持猪舍清洁，减少病源。不同于传统的腐蚀处理系统，猪排放物通过滤器时，杂质、颜色和气味被去除的同时液体得到净化。工序完成后，生成的尿素已经可以被加工成塑料、肥皂、肥料、洗剂，甚至化妆保湿液。

　　潜在弊端：生物塑料是否比传统的石油基础塑料更环保？对这个问题科学家们争论不休。如果把用猪尿加工的塑料盘扔进垃圾填埋场，最终它也将分解，释放温室气体甲烷。循环利用生物塑料也是一大问题，因为多数公司还不具备将生物塑料和传统塑料分离的技术。

　　估计实施时间：汤普森期待在美国爱荷华州或北卡罗来纳开设第二家工厂。这两个州拥有全美最大的养猪场。他甚至设想建立一座“猪城”———高效、节省土地的摩天大楼———在里面养猪，然后把猪粪便加工成废料，把猪尿加工成塑料。

　　微型核电站

　　构想：用微型核反应堆给边缘美国小城提供暖气和电力。真正特别之处在于，这些微型核反应堆克可连续运行30年，无需添加核燃料、无需养护，且不会排放有毒废气。

　　计划：日本东芝公司以消费电子产品闻名，但也涉足其他领域，不久前，东芝公司宣布计划建造世界最小的商用核电站。这种4S代表超级安全（SuperSafe）、小（Small）、简单（Simple））反应堆高度只有6米，直径1.8米，用混凝土封闭后埋在地下100英尺处，发电量可达10兆瓦。与传统的核反应堆不同，4S微反应堆不使用核控制棒引发可控核反应。它使用了一项革命性的技术，采用液体lithium-6，可有效吸收中子的同位素。lithium-6贮液器与一个垂直的管子相连，置入反应堆核心。整套设备每小时可以提供200千瓦电能，足够满足普通家庭日常生活需要，而且每度电成本仅需5美分。它具有自动防故障保护装置，完全自动运行，一旦超过设定温度，就会自动停止工作，不至于出现过热现象。整个反应堆可连续使用30年，无需添加核燃料，有人又称之为“核电池”。

　　这种微型核反应堆无需养护的关键在于它的冷却系统。美国的多数核反应堆用加压水作为冷却剂，4S反应堆用液态钠做冷却液。由于钠是一种金属，可用电磁泵驱动循环，无需必须修理的移动部件。

　　潜在弊端：在全球400多座核电站中，只有两座采用液态钠冷却。一种担忧认为，钠可能和水接触，导致爆炸。另一个问题是，核反应堆究竟能否连续30年工作无需检查修理还值得怀疑。如果必须维修，还得把它从地下挖起来，送回日本的工厂。

　　估计实施时间：东芝预计将在2008年安装日本第一个微反应堆，2009年推广到欧洲和美国。2012年，首先在阿拉斯加Gal-ena（人口700）安装第一个4S反应堆。Galena远离主电网，依靠柴油发电，电费高达每千瓦45美分。4S可以将发电成本削减一半，且没有污染。

　　文：PopSci译：宇