随着全球人口和经济的增长，人类对能源的需求已达到了前所未有的水平。然而，为了应对日益迫在眉睫的全球气候变暖，降低温室气体的排放也刻不容缓。
2006 年，麻省理工学院发起了一项能源倡议（MITEI），旨在开发突破性技术，通过创建低碳和无碳（比如太阳能、核能等）的解决方案来有效和可持续地满足全球能源需求，减缓气候变化。Robert Armstrong 博士作为该倡议的主任，推动了与多家能源巨头的合作落地，截至目前，多家跨国公司都是该倡议的会员单位。在该倡议的框架下，到底什么技术能在未来重整全球的能源系统，塑造未来的世界呢？ Armstrong 在 EmTech China 全球新兴科技峰会上为我们描绘了未来能源的蓝图。
图 | 麻省理工学院能源计划主任 Robert Armstrong （来源：EmTech China）
Armstrong 认为，我们现在面临着巨大的能源挑战。一方面，随着全球人口的增长，越来越多的人需要能源来享受高质量的生活及服务。而随着人口的增长，全球 GDP 也会同样增长。我们需要用更低的价格，为更多的人口提供更多的能源。
在另一方面，我们同时还需要不断地减少温室气体的排放。这件事情已经迫在眉睫。2016 年，大气中二氧化碳的浓度已经超过了400PPM。为了在本世纪末将全球温升控制在 2 摄氏度以内，我们需要把二氧化碳的浓度控制到 450PPM 以下。然而，不幸的是，仅仅 17 年后的 2037 年，我们很有可能就将达到这个指标。
图| 碳排放的增长速度远快于我们的期望。（来源：Robert C. Armstrong）
因此，我们必须在很短的时间内，同时完成提供更多能源和降低碳排放两个任务。
那么，有什么技术可以帮助我们的世界做到这一点呢？
Armstrong 提到了四种技术。
首先，是碳负排放技术，也就是所谓的碳捕集——将化石燃料燃烧产生的尾气和大气中的二氧化碳收集并储存起来。如果碳捕集技术可以大规模应用，电力行业将会比建筑、交通、工业等领域更好地实现气候目标。碳捕集技术应用的关键，是要有更加经济的方法。现在主流的碳捕集技术，需要用胺溶液来实现二氧化碳的吸收和释放。但想要让二氧化碳从溶液中释放出来，需要把胺溶液的温度升高到 100 摄氏度以上，这也会制造出更多的二氧化碳排放。Armstrong 教授提到了一个全新的方法，可以利用类似电池的电化学原理去整合这个过程。由于不需要加热，它可以使整个过程更加节能。
图 | 全新的电化学方法可以有效降低碳捕集技术的能耗。（来源：Robert C. Armstrong）
其次，电力的生产和消费是在整个经济社会层面联动的。除了在发电环节降低碳排放，我们还需要跨行业、跨领域的技术。例如，我们可以利用电动汽车或燃料电池等电气化手段，来同时降低发电和交通层面的碳排放。为交通工具提供能量的，可以是柴油、汽油，也可以是电能、生物质能。在这些不同的路径中，我们都可以进行碳封存和碳捕获，让整体的排放量更低。
MIT 的科学家做了这样一个研究，他们对比了内燃机车、混合动力、纯电动、燃料电池等不同的车型在生命周期中的碳排放。他们发现，如果我们无法实现清洁的发电，那么哪怕是纯电动的电动车，可能也会有间接的碳排放。而且，尽管电动汽车、燃料电池汽车整体的碳排放更低，但可能由于更加复杂的生产工艺，它们在生产环节中的碳排放其实是高于内燃机汽车的。因此，利用碳捕集等技术降低电力、氢能生产环节的碳排放，对于降低交通领域的碳排放来说非常关键。
图 | 能源是一个多领域高度联动的行业，我们需要开发跨领域的脱碳技术。（来源：Emre Gencer, MIEI）
第三，是储能技术。我们面临的一个挑战，是如何让能源系统消纳更多的可再生能源。太阳能、风能都是波动非常明显的发电方式，大量的强波动性可再生能源会给电网的稳定运行造成不小的困难。而让更多的可再生能源上网的关键，是需要更多的储能装置，进行一整夜、甚至更长时间的能源存储。
图 | 高波动性的太阳能和风能。（来源：MIT Analysis, NSRDB, ERCOT, P. Brown）
最后，是一种极具前景的可以实现低碳电力生产的技术——可控核聚变。目前全球范围内有大约 25 家可控核聚变技术的创业公司，希望可以在 25 年内就让可控核聚变为现实。很多的创业公司都专注于最基础的研究工作，包括高温超导材料、脉冲式反应堆等等。也许，可控核聚变的到来，会比之前预期的短得多。
图|许多初创公司正致力于实现小型化的商用可控核聚变反应堆。（来源：Robert C. Armstrong）
Armstrong 表示，所有的这些设想，都需要有突破性的技术进展，来真正支持这些科学技术的商业化转型。我们还要有更多的创新，把能源部门的这些技术整合在一起，更好地实现低碳的未来。
