书城科普读物低碳城市:让我们的城市轻松呼吸
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第25章 低碳减排,打造节能城市(6)

“每天醒来,我都觉得像度假般惬意。暖空气就从窗户导入这间明亮、清新的房间。从二楼的起居室,我可以通过一座桥廊走到我们家的空中花园。这种感觉奇妙极了。”英国的塔巴德如此形容他的生活。

塔巴德一家与其他近百户居民一样,交通出行主要是乘坐可以通过太阳能充电的电动公交汽车,每年比一个普通英国家庭少开2300公里的私家车,从而减少消耗50%的汽油。他们尽可能不买经过加工处理过的肉类和乳制品。自种瓜果蔬菜,食用有机食品。除了完善的垃圾分类系统,还有塔巴德每天早晨出门前都要看一眼的电表。位于厨房里水平视线上的电表有一颗红色小灯,每当屋内有电器开动,红灯便会闪亮,灯闪得越快就表示用电量越多,提醒主人留意。这些贴心的设计使居民平均的用电和用水量大幅减少,得益的除了自然环境之外,当然还有居民的钱包。每个贝丁顿杜区的家庭通过一些节能措施都可以减少30%的水、电能耗,面对于温室气体二氧化碳,他们更是在世界上首先实现了彻底的零排放。这些数据都实时公布在贝丁顿社区的官方网站上。

在贝丁顿村中,既有公寓也有联排别墅,另外还有一个1405平方米的工作区,共有200位居民和60位工人在这里为社区的供热、供水、供电方面提供技术支持。

当然,贝丁顿生态村也并非没有缺点。社区在可再生能源利用方面一直存在问题。贝丁顿的可再生能源比例从起初的80%锐减到目前的10%左右。在自发电力不足的情况下,这里有时也要依赖国家电网的接济。供水的情况也差不多,尤其在降水稀少的雨季,贝丁顿几乎没有存储和再利用的冲厕用水,不得不依靠公共供水系统。

贝丁顿社区的设计师邓斯特承认:“我们曾经运行得很好,但没有维持下来。环境技术越高级,就会越快出问题并并且被淘汰。维护成本越高,也就越不经济。幸运的是,现在我们能够实现技术更新,可靠而且维持费用较低。技术总是在进步的。”

无论对于伦敦还是上海,贝丁顿的启示都在推动超大型城市迈向可持续发展。伦敦相对于上海的优势在于,伦敦市政府更早提出了“节能”概念并枳极倡导低碳经济的运行。

可再生能源利用

如果个人交通工具再这样不受控制地增加下去,那么总有一天,光是这些轿车、卡车、飞机就会把我们毒死,2050年,超级太都市的车流曩将达到450万,排放的二氧化碳会是今天的6倍,坐飞机的人也会比现在多7倍,交通引发的最大问题就是对石油的依赖,石油不但污染环境而且是不可再生能源,我们必须赶在油井枯竭之前开发出新技术,如果再找不到合适的替代品,未来就没有能源为汽车提供动力了。

水藻燃料

在德克萨斯州,人们把石油称之为“黑金”,不过,有一种新能源正在孕育中,这种绿色能源的出现要归功于目光远大的生物学家格伦·克兹。克兹说,“我们现在有两种选择,第一,放弃汽车、飞机、火车,改为骑自行车、骑马或者走路,不过这是绝对不可能发生的,第二,找到一种可靠的可再生能源。”克兹实践了自己的诺言,他创造了一个新奇迹“我们不用钻探,只需要培植。”他说的是生物燃料,这种燃料将用之不尽,因为一天内,它能繁殖6次。克兹是在自家池塘的绿藻层里发现它们的,这些原核生物只要一小滩水就能生长,比其他油料作物都要节省空间。地球上有超过100万种水藻,寻找这种特殊的水藻必须要求它体内富含油脂,克兹和他的工作组花费几千工时寻找富含油脂的水藻。他们找到了池塘绿藻,克兹叫它“考勒尼亚费斯巴纳”,这种水藻自身重量的60%都是油脂,克兹生在建造将来能为超级大都市提供燃料的炼油厂,它叫生物反应器,用来繁殖水藻,为了取得最大光照,克兹将盛有水藻的密封水袋垂直悬挂,这就意味着它能用很小的占地面积运作整整一座水藻养殖场,不过水藻通常以碳水化合物而非油脂的形式储存能量,只有在极端环境下,它们才会将碳水化合物转化为油脂。夏天,水藻用正常的方式摄取养分,可是它觉得要换季了,它们就开始储存油脂。克兹利用剥夺水藻光照的方式迫使它们储存油脂。富含油脂的池塘绿藻竟能驱动大都市里所有汽车引擎,听起来似乎不可思议,但是克兹计算过,生物燃料能够满足地球上所有汽车的需要,即使面对2050年能源的巨大需求也没问题。强大的繁殖能力使水藻能够满足人类不断增长的能源需求,这样的能源是永远不会枯竭的。

不过,面对池塘浮渣,克兹还有最后一个烦恼,从水中捞取水藻,然后再提取油脂仍然有技术上的难题,有一种技术利用高压使二氧化碳液化,液化二氧化碳能溶解水藻细胞壁吸附油脂,等气压降低二氧化碳恢复到气态,就得到了纯油脂,但这一技术成本太高,目前无法推广,“普通植物油和水藻油并无本质区别,但是水藻油产出快,这个是大势所趋。我们只需要墨西哥州的1/10,就能够满足、未来的全部能源需求,也许有一天,地球上最贫瘠的地方,会出现数以万计的水藻反应器。”

水藻燃料的优点是对自然不形成威胁,跟农业不形成竞争,不会加剧土地滥用现象,另外如果汽车由矿物燃料转换为水藻燃料,那么尾气排放将减为零,但是副作用也随之而来,在城市中,哮喘和肺病的发病率会越来越高,许多都是由燃料燃烧时不免要产生的多种化合物引起的,即使是绿色生物染料,也会导致酸雨和烟雾,生物染料在使用时仍然会生成污染物质,比如氮氧化物。科学家说,如果找不到解决尾气的方法,未来城市居民就将生活在一片烟雾中,全球变暖的速度也会加快。

氢燃料电池

“它能够直接替代我们今天使用的内燃机。”通用汽车的丹尼尔·奥康奈尔相信未来的汽车会从清洁、绿色的化学反应中获得动力。通用汽车推出的雪佛兰“酷越”车概念版,利用的是氢气发电,这款车型没有引擎,但却有三个氢燃料缸、一个电动引擎和400块电池。电池的工作原理是:它的关键部件是稀有金属铂,作为催化剂,铂能加快化学反应速度。氢气经过铂,再与空气中的氧发生反应。产物之一是水,对环境无害的副产品。另一个就是电。最高可达93千瓦,足以驱动引擎和车轮。这一技术从太空走向地球花了近40年时间。1969年7月16日。美国航空航天局的阿波罗11号升空,执行一项不可思议的任务:将人类送上月球。技术上的难点是产生足够电能,驱动宇航员的生命维持系统。传统电池只能坚持4天,阿波罗11号所有动力都由三组氢燃料电池提供。在这种技术下,宇航员坚持了8天,完成了一百多万公里旅程。但是航天氢燃料电池单重113公斤,成本高达数百万美元。

1966年,通用汽车推出一款厢式车,但是电池体积太大,6个座位要缩水成两个。单单铂催化剂就得抵上好几辆厢式车的价钱。到了20世纪90年代中期,氢燃料电池仍然需要至少0.6公斤铂。而l公斤铂的价格是14000美元。计划只能暂时搁置,不过,近10到15年,氢燃料电池技术取得重大突破。阿波罗计划过去40年后,奥康奈尔率领的小组终于找到了降低成本的办法。“酷越”概念车的氢燃料电池上,覆盖着一层比头发丝还薄的铂,运用这一技术可以大幅降低成本。几乎所有大公司都在研发氢能车,已经有普通人家用上了这种可能会改变未来城市面貌的交通工具,但是销量也是个大问题。

1937年5月,巨大的兴登堡氢气飞艇在新泽西上空起火,造成36人死亡。有人怀疑氢气汽车在高速碰撞后会导致气箱破裂,继而爆炸。但是最近一次调查发现,罪魁祸首是飞艇的易燃外壳,而不是填充的气体。为了证明这一点,工程师拿酷越车型做了标准碰撞实验,结果令人满意。奥康奈尔表示氢气的安全性不亚于汽油,而且氢能车的好处在于能产生富余能源,晚上,插上氢能车还可以为家居充电。

然而最大的问题是,我们有足够多的氢气,因为地球表面70%是水,但是从水中提取氢气需要用电,而发电需要矿物燃料,对于这一点,奥康奈尔相信,未来利用太阳能发电会让绿色氢气变成现实。

芝加哥:废弃铁路变氢气发电设施

芝加哥境内的布卢明代尔铁路线长3英里,是将列车从东部传送到西部,再到市中心的高架轨道。布卢明代尔铁路线是在20世纪80年代被废弃的,现在堆满植被、垃圾、废墟、碎片.,最近它正面临被改造成新的用途。其中一个设计方案是建议把这条线变成3英里的温室和氢气发电设施。这样可以为社区提供有机产品和当地的食品,并且为附近的芝加哥学校提供燃料的来源。

这个方案是由肯建筑设计事务所与4240建筑所联合设计打造的,他们想把铁路周围废弃的部分改造成对整个城市和附近的芝加哥学校有用的东西。于是他们提出了氢气发电方案,就是使用下面的旧管道来生成氢气。这些氢气将用来提供能源给附近的学校,而且额外的氢气将被售出,用来替代整条线路上的燃料车。这将为公立学校提供更廉价的燃料,再加上氢气的公开出售获得的收入,就可以帮助学校系统抵消水电费,同时扭转学校的预算短缺。这是一个很好的示范,对城市的健康发展有很大的帮助。

日本:建设氢高速公路

日本计划在2050年之前减排80%,其中约有1/4将来自于交通部门。对于石油完全依赖进口的日本来说,推广氢燃料汽车是一项艰巨和紧迫的任务。

日本不仅在氢燃料汽车早期基础设施建设方面处于亚洲领先地位,而且在新兴的燃料电池技术领域也是全世界的领跑者。

据《基督教科学箴言报》报导,伦敦亚洲汽车情报公司总经理AshvinChotai表示:“氢燃料汽车目前尚处于非常稚嫩的早期阶段。但是在绿色汽车领域,过去几年,日本比西方企业投入更多,具有领先优势。”

以丰田汽车公司为例。继混合动力车和纯电动车之后,2009年丰田公司宣布,希望能在2015年之前推出人们“用得起”的燃料电池车。

丰田认为:从长远来看,氢燃料汽车是长途旅行的理想交通工具,混合动力汽车适于中距离的驾驶,而纯电动汽车最好用于短途通勤。因为每次加满燃料后,燃料电池汽车能够行驶更长的距离。2009年丰田在日本进行的测试中,燃料电池汽车的行驶里程已经超过了500英里,而电动汽车最多只能行驶125英里。

但据日本自动车研究所所长矢野久介绍,推广燃料电池车还需要解决许多问题,因为这些问题足以把消费者挡在零排放生活的大门外。“首先就是要降低成本,”矢野久说:“目前燃料电池车每台价格超过1000万日元,而调查显示,公众认为燃料电池车的价格低于500万日元时才考虑购买。”他表示,要降成本就需要大批量生产和技术的进一步提高。

其次,燃料电池车的使用寿命比普通汽车短。监测资料显示:燃料电池车最多只能开5万到10万公里,相比之下,汽油机动车平均都有20年以上的使用寿命。如何延长节能车的使用寿命,矢野久表示目前各生产企业正在加紧研究。

另外如同电动汽车一样,燃料电池汽车面临的“加油站”缺乏的障碍。丰田公司发言人保罗·诺拉斯科表示:“基础设施的完善是燃料电池发展的最关键因素。如果缺少基础设施,我们就无法推广燃料电池汽车,而如果没有燃料电池汽车,我们也用不着建设基础设施。”

目前,日本政府正加紧解决这个“先有鸡还是先有蛋”的问题。政府为燃料电池发展提供资助,并与能源和汽车公司密切协作,建设日本未来的“氢高速公路”。

日本燃料电池商业化协会表示,政府资助了13座用于燃料电池汽车的加氢站。每座加氢站的成本约为500万到600万美元,政府提供一半,另一半费用由能源公司支付。日本政府希望在2015年之前再建设40到50座类似的加氢站。

能源公司与政府积极合作共建基础设施。电池协会的TomohideSatomi表示,由于石油产品销售的下降,能源公司开始开拓汽油之外的新业务领域。Satomi称,日本建设氢高速公路的努力不逊于美国和德国,在亚洲处于领先地位,而韩国紧随其后。

在燃料电池汽车中,氢燃料和氧流入燃料电池堆,生产出驱动发动机的电力,副产品只有水。但燃料电池并非是百分之百“清洁”的能源来源,因为目前最廉价的氢燃料生产方式之—仍需利用天然气。通过“电解”生产氢燃料是绿色汽车领域的最理想的方式,但目前该过程的成本仍过于高昂。

日本新能源产业技术综合开发机构的SayakaShishido表示,一辆典型的燃料电池汽车花费大约100万美元。该机构是日本政府为资助燃料电池和其他“新能源”发展而设立的机构。丰田公司将其14辆燃料电池车租借给大学和当地政府,月租金高达9000到11000美元。

除了基础设施,依然存在其他技术障碍,如减少汽车中使用的贵金属——铂。目前许多燃料电池汽车大约使用100克铂,人们的目标是将其削减到10克。

新能源开发机构对实现燃料电池汽车的商业化充满信心,为降低燃料电池成本和提高耐久性的研究提供了资助。Shishido表示:“2015年对于日本来说十分关键。这一年将成为普通市民驾乘燃料电池汽车的元年。”目前日本有60台燃料电池车正在试验当中,实验内容主要是行驶汽车、收集信息,因此所有用车者都是免费加氢。