深入分析：我们如何选择正确的技术来引领清洁能源转型？

化石燃料提供了全球约80%的一次能源消耗总量，而这一数字在过去30年中没有发生实质性变化。

　　有许多潜在的可再生能源来源，包括风能、太阳能、地热能、波浪能、潮汐能、水力发电、生物质能等，每一种技术都处于商业成熟和发展的不同阶段。哪种可再生能源有潜力在未来几十年提供大部分清洁能源？

　　有时太多的选择使决定变得困难。从定义上讲，向清洁能源过渡是一个复杂的问题，是一项以前从未完成过的任务。有这么多选择，我们如何选择正确的技术来引领清洁能源转型？并非所有可再生能源在任何地方或任何时候都能很好地发挥作用，一些技术仅在少数几个地方实用（例如，苏格兰的潮汐能），而其他来源可能在世界许多地方都很好用。

　　近年来，气候科学的新发现指出，全球极端天气事件在加剧，温室气体也在继续增加。尽管可再生能源和清洁技术取得了一些进展，但在1999年至2019年期间，全球化石燃料的消耗量实际上增长了32%以上，在过去的二十年中，化石燃料仍提供了约80%的一次能源总量。事实上，我们仍处于化石燃料时代。

　　2021年10月，中国山西强降雨导致中国多处煤矿大范围内涝，导致煤炭短缺，太阳能电池板制造停滞，导致全球价格飙升。化石燃料与当前可再生能源之间的这种具有讽刺意味的联系突显了这样一个事实，即煤炭及其化石表亲（天然气和石油）仍然相对便宜，而可再生能源尚未变得更具可持续性和具有成本竞争力，可再生能源未能真正实现全球扩张。所有能源，包括当前的可再生能源，都有碳足迹，需要尽量减少。能源选择会持续数十年，代价高昂。

在选择可再生能源和清洁技术优先事项的高风险挑战中，选择最佳清洁能源以缓解气候变化的标准可能是什么？这个问题是气候危机的核心，合理的选择必须是务实的，并且可能包括以下考虑的因素：

　　1. 接近零的温室气体排放

　　2. 可在世界各地区域使用

　　3. 高能量潜力和功率密度，几乎可以满足大多数需求

　　4. 由地球上丰富的无毒元素制成，具有全球可扩展性

　　5. 低成本，包括制造和安装成本以实现全球可扩展性

　　这些考量的因素应该优先考虑哪些可再生能源类型，但这并不意味着由此产生的选择对世界各地的所有人都是最好的。让我们将以上标准应用于不同形式的可再生能源。

　　候选可再生能源类别的初步清单：

　　1.接近零的温室气体排放。

　　能源必须具有非常低的碳净足迹的潜力。生物质和生物燃料涉及燃烧，并且经常有大量的化石燃料掺入。在干旱地区（高碳足迹），太阳能热电厂通常需要大量的水来驱动涡轮机。大型水坝可能会产生重大影响，包括碳足迹，但微型水坝有可能变得更清洁。

　　2.可在世界各地使用。

　　虽然水力、地热、波浪和潮汐都是很好的能源，但它们通常受地理限制。为了避免远距离运输能源的巨额成本，能源需要供应全球大部分地区。

　　3.高能量和高功率密度。

　　对于满足大多数实际需求，可再生能源与化石燃料竞争是必要的。迄今为止，太阳能光伏在可再生能源中具有最高的理论潜力。

　　一个重要且经常被忽视的因素是面积功率密度，它衡量必须投入多少面积来产生能量。化石燃料的能量密度很高，太阳能光伏具有最高的可再生能源面积功率密度。

考虑到所应用的标准，太阳能光伏迄今获得了高分：

　　如果我们将太阳能光伏视为清洁能源转型的潜在优先事项，我们必须仔细研究，因为光伏有多种类型。以下是不同世代的光伏技术：

　　• 第一代光伏（1941年至今）：这是第一个商业光伏技术。传统晶体硅光伏仍占主导地位，约占全球太阳能组件销售额的96%。如今，它已成为可靠的标准，尽管它在制造过程中确实存在巨大的能源成本和碳足迹，而且由于其重量和刚性，它仅限于某些市场。

　　• 第二代光伏（CdTe和CIGS），在1990年代首次商业化：这些是薄膜材料，含有稀有元素（铟、镓、碲），在大多数情况下还含有有毒元素（例如镉）。砷化镓是一种奇特的光伏太阳能电池，它提供更高的效率，但也含有稀有和有毒的元素，并且对于大多数应用来说过于昂贵。

　　• 第三代光伏包括：

　　o 钙钛矿：目前不稳定，含有水溶性铅。

　　o 量子点：处于开发初期，含有铅或镉，或尚未商业化。

　　• 新一代光伏（第四代）：具有良好和稳定性能潜力的新型光伏，使用无毒且丰富的地球元素。

　　4.由地球上丰富的无毒元素制成，具有全球可扩展性。

　　清洁能源的全球可扩展性不包括稀有和有毒元素的大量使用和部署，这意味着只有c-silicon和第四代光伏满足这一要求。

　　5.低成本。

　　这是标准要求的最后一步，它包括可再生能源的制造和安装。过去几年，晶体硅是可再生能源装置的全球领导者，但太阳能光伏发电仅提供不到全球能源消耗的0.4%。作为当前的主导技术，c-Si由于其刚性和重量限制了它可以安装的地理位置，这增加了它的安装成本。根据麻省理工学院的说法，理想的太阳能材料是一种轻质且灵活的光伏组件，由地球上丰富的元素制成，因此它们可以安装在新的应用中，包括大多数建筑外饰，甚至是电动和混合动力汽车中。

　　虽然目前的c-Si似乎是当今最好的太阳能解决方案，但我们需要做得更好，以应对气候变化。