橡树村:新能源真的清洁吗?

日本福岛核电站事故再一次把核电站的安全问题推到了世界公众面前,核能的利用看起来又要遭到一次重大挫折。

其实从安全记录和对环境健康的影响上来看,核电比目前普遍使用的火电有很多的优势。在温室气体减排方面,煤炭为主的火电每度电排放温室气体相当于约1千克二氧化碳;考虑原料开采、运输等过程的温室气体排放,核电每度平均只相当于60多克二氧化碳,温室气体减排效果非常明显。

从能源开发和运行过程造成的死亡人数来看,按照世界原子能协会的数据,从1969年到2000年间,每太瓦年的严重事故死亡人数,煤电在经合组织国家(OECD)是157人,在非OECD国家是597人;而核电在非OECD国家是每太瓦年48人,在OECD国家则是零死亡。

在最令公众担心的辐射方面,煤炭中放射性物质的辐射总量高出核电上百倍,实际上具有更大的健康危害。除此之外,核电更没有火电所涉及的二氧化硫、氮氧化物、颗粒物排放等环境问题。

核电的危险往往是被夸大了的,对核污染的恐惧只怕比核电实际造成的问题要严重得多。不过,造成的恐惧本身也算是一种社会成本,在决策的时候仍然需要考虑。

生命周期评价法

核电的发展受挫,而降低温室气体排放的事业仍然需要继续,因此有人预计国际社会对太阳能、风能、地热、小水电、生物质能等新能源形式的投资会进一步加强。

新能源开发的意义重大。传统的化石能源支撑人类工业化数百年,功劳不小,问题也不少,对环境和健康已经造成了不小影响,人类需要寻找更加清洁的能量来源。

一般认为,新能源有污染少的特点。听起来似乎结论很明显:可再生新能源的能量直接间接来自太阳,在使用形式方面一般以电为主,能源转化过程清洁,常规污染物普遍少,使用的时候也没有化石能源的各种排放问题。不过,事情并不是这么简单。

新能源的利用是需要使用各种各样设备的,日常维护也需要消耗各种各样的材料,这些材料,设备的制造、运输、使用过程,就不一定那么干净了。有的会排放出不少常规污染物,有的需要消耗大量能源;有的在转换过程中也会产生污染。这些污染、所消耗的能源都需要分摊到新能?源当中去,才能得出某项技术是否清洁的结论。

前面比较火电与核电温室气体排放的时候,使用了叫做生命周期评价的方法。对于新能源领域来讲,就是考察整个生产过程各个环节所消耗的能量是多少,能量来源是哪些,影响是什么,污染物是什么等,从而对某个具体的新能源技术进行综合评价。一个新的能源利用形式,只有在其使用周期所贡献的能量大于其生命周期所消耗能量、其所排放的污染少于所替代的传统能源产品污染的时候,才是有价值的。

举个例子,美国国家可再生能源实验室总结过太阳能光伏电池的生产和应用能耗,结论是:制造电池全过程所消耗的电能大约需要这个电池运行3.7年的时间才可以收回。这个电池估计有30年左右的使用寿命。那么整体上算下来,在能量上就是赚的。

不同技术路线的能量回本期是不同的,如果某种技术落后的太阳能电池技术需要工作差不多十年的时间才能回本,同时使用寿命却达不到这么长时间,那么从能量角度来看就是亏的。这样的技术,在一些特殊环境下也许仍然有使用价值,但是对于解决能源问题,显然没有多大意义。

设备制造所消耗的能量只是问题的一个方面,制造使用过程造成的环境危害如何评价就比较复杂了。最近几年中国的太阳能电池产业发展迅速,但是因为技术相对落后、污染控制监管不到位等原因,生产的一些太阳能电池产品存在高能耗、高污染的问题,这也给太阳能产品的生命周期收益带来了很大影响。

环境健康危害的评价方法比较复杂,因为要把众多影响因素归结到一个单一的指标来衡量,主观性很强,结论也不一致。2009年美国科学院公布了一份名为《能源隐性成本:能源生产和使用过程中的后果》的报告,分析了以美国为背景的各类能源在生产和使用过程中的环境和健康代价,把各种环境健康危害换算成美元进行比较。这个报告认为,整体来说,使用先进技术、在有严格污染控制的情况下,以电力为最终产品的各种新能源,在环境、健康、温室气体排放方面相对火电都是有益的。

运输领域的健康环境代价就比较复杂了。这个报告研究了一些轻型汽车的技术和燃料路线,发现车辆每行驶一英里的环境健康代价在1.2到1.8美分之间。这里面最差的是使用玉米为原料的湿法乙醇路线,这个路线得到的85%乙醇含量的汽油,每行驶一英里代价达到1.8美分,而传统汽油仅有1.3美分。全电车在这个报告里面的表现也不好,环境健康代价接近每英里1.7美分,高于汽油车不少。

造成这个问题的原因是美国的电力供应仍然是以化石燃料为主,这样电动车的清洁程度就受到电力本身清洁性的影响,同时电池和电动机的制造也都是高耗能的,制造过程以及回收过程都存在污染问题。

当新能源遭遇中国国情

在中国也有类似的生命周期研究。2010年有一篇关于中国的全电车环境影响的文章,得到的结论是:因为目前中国电力中煤炭比例很高,污染治理也没有跟上,行驶同样里程全电车的生命周期二氧化硫排放是汽油车的3到10倍,氮氧化物排放也要翻一番,同时却不一定能够实现二氧化碳减排,看起来环境好处非常有限。

当然,全电车在使用终端没有污染,对于缓解城市污染仍然有正面意义,如果把全电车作为一个发展方向,那么就需要在发电的清洁方面和污染治理方面下不少工夫,以免被扣上转移污染的帽子。

清华大学进行过基于中国国情的各种车用燃料替代技术的生命周期分析。这项研究认为,在中国2005年的技术水平下,传统汽车比大多数替代燃料路线都有更好的能源效率以及更低的温室气体排放。

以已经在国内部分地区开始应用的粮食乙醇为例,在考虑了生命周期各个环节之后,行驶同样的里程,粮食乙醇路线的温室气体排放竟然高出汽油路线30%以上,生产粮食乙醇所消耗的外来能量,也超过了粮食乙醇产品中所含有的能量。

这样的乙醇,在能源利用效率和温室气体减排两个方面都没有新能源应该有的好处。很显然,在美国合适推广的内容,在中国不一定合适推广。造成这个不同的原因大约有两方面:一是在种植阶段,中国有非常普遍的滥用化肥和农药现象;二是中国相关加工工艺的技术水平与国际仍有差距,能耗高。这并不等于生物质的液体燃料前途就不光明,只不过在利用生物质作为资源生产各类液体燃料的时候,需要全面考察其清洁性,扶持真正节能减碳的路线。

所以说,一些听起来不错的新能源概念,并不一定比传统能源更加环保,甚至有的新能源生产过程消耗的外来能量高于其所产出的能量。所以,在新能源的推广和应用过程中,一定要切实作好翔实分析,搞清楚利弊,尽可能降低其环境影响,使新能源真正起到清洁能源的作用。

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平面媒体用稿,这是最终版本。

参考文献:

http://www.nirs.org/climate/background/sovacool_nuclear_ghg.pdf

http://www.world-nuclear.org/info/inf06.html

http://www.ornl.gov/info/ornlreview/rev26-34/text/colmain.html

http://www.nrel.gov/docs/fy04osti/35489.pdf

http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=12794

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/es100520c

清华大学博士论文。申威:中国未来车用燃料生命周期能源、GHG排放和成本研究,2007

清华大学博士论文。柴沁虎:生物质车用替代能源产业发展研究,2008

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