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作者:埃德加·赫特维奇、安德斯·阿尔维森、徐sangwon和托马斯·吉本
有许多可用的低碳发电技术。但它们真的比化石燃料和核能更好吗?
要回答这个问题，我们不仅需要比较不同能源的排放量，还需要比较绿色能源对健康的益处和对生态系统的威胁。
全球约四分之一的温室气体排放是由电力生产产生的，随着服务不足的人群接入电网，以及电子和电动汽车的激增，对电力的需求还将上升。因此，阻止全球变暖需要电力生产的转变。
但在这一转变过程中，避免各种环境陷阱是很重要的，比如破坏生态系统和野生动物，或造成空气污染。
在一个研究论文在美国，我们分析了可再生能源发电、核裂变发电厂和化石燃料的影响，使用和不使用COâ，捕获和存储(CCS)技术分离COâ，并将其存储在地下。我们考虑了与设施的生产、操作和拆除有关的环境影响，以及燃料的生产、运输和燃烧。然后，我们比较了基线情景和低碳电力情景，后者将防止全球平均气温到2050年比工业化前水平上升超过2摄氏度——气候科学家说，这一点将避免危险的气候变化。
我们的研究着重证实了化石燃料——主要是煤炭——对环境造成了沉重的负担，而大多数可再生能源项目对生态系统和人类健康的污染相关影响较低。然而，没有一种能源是没有不利的环境副作用的。发电厂选址、项目设计和技术选择是投资者和政府应该认真考虑的关键问题。
太阳照耀
用包括太阳能、风能、水力发电和地热能在内的可再生能源取代化石燃料发电厂，将减少各种类型的污染。化石能源和一些可再生能源之间的污染差异之大令人震惊。例如，我们发现，如果算上采矿，整个制造、安装和操作光伏电池板的过程比仅向燃煤发电厂输送燃料造成的污染更少。
那么制造可再生能源系统对环境的影响呢?
在我们的分析中，光伏(PV)是非常好的。今天，生产光伏电池使用的能源比以前少得多。每单位光伏电力的碳排放量甚至是最高效的天然气发电厂的十分之一或更少。人类健康问题，如接触颗粒物引起的呼吸系统疾病，大约是拥有先进污染控制设备的现代燃煤电厂的十分之一。我们发现，类似的结论也适用于水和土壤污染对生态系统的影响。
但太阳能电池板需要更多的空间来产生与化石燃料或核能发电机相同数量的电力。用太阳能电池板覆盖大面积难道不是一个问题吗?不一定。如果算上与煤炭开采有关的土地，光伏发电产生一千瓦时所需的土地数量与煤电相当。在我们未来的设想中，到2050年，大约一半的光伏设备可以安装在屋顶上。
生产光伏电池板确实需要各种金属，其中许多只在有限的地点生产。其中一些金属是剧毒的。因此，我们在评估中没有包括的废物处理和回收很重要。
当然，光伏只能在阳光照耀的时候发电。然而，一种不同的太阳能技术——聚光太阳能热发电(CSP)——可能是一种可行的发展方式，因为它在减少污染方面具有类似的性能，但提供了储存热量并在晚上发电的选择。我们假设CSP技术(目前与PV相比采用率非常低)将在我们的低排放场景中提供四分之一的太阳能电力。
水力发电的影响各不相同
我们发现，水力发电对环境的影响差异很大。一些水坝通过水库中生物质分解产生的甲烷排放对气候造成重大影响。其他水坝破坏栖息地，造成了同样严重的生态问题。它们还可以阻止水生物种的迁移，减少泥沙流动和营养物质运输，从而影响漫滩和三角洲。另一方面，水库为鸟类和其他物种形成了新的栖息地。
水电项目很好地说明了选址和项目设计的重要性。有些项目在经济上可能是可行的，但如果社会考虑到它们可能造成的环境退化，最终就不应该实施。对于其他项目，可以通过环境水流和鱼梯等缓解策略来限制影响，这些策略为洄游鱼类在大坝周围提供了绕道。
类似的教训也适用于风力发电，在建设过程中应尽量减少对栖息地的破坏，并调整操作，以减少与猛禽和蝙蝠的碰撞。此外，风力资源在不同地区差异很大，这就需要选择风力资源更丰富的地区。
生物能源威胁生物多样性
在大多数将全球变暖控制在比工业化前水平高2°C的计划中，生物质能或燃烧植物材料发电发挥着核心作用。与光伏和风能不同，它提供按需可再生能源。
当与COâ结合时，它可以清除大气中的碳并将其置于地下。燃烧短轮灌木，如柳树和芒草，发电也可以降低生物发电的净温室气体排放。通过这些方式，可以减少燃烧生物质对健康的影响。
然而，即使是种植这些快速增长的植物所需的土地使用，也使其他能源的土地使用相形见绌。这对生态有重大影响。以每千瓦时产生的物种损失来衡量，我们发现生物质的生态破坏与煤和天然气相当。
因此，我们得出的结论是，虽然生物质能源确实能从减少温室气体排放中获益，但只有在与碳捕获和存储结合使用时，它才会对生态系统更有利。
气候缓解战略可以提供一个难得的机会，不仅可以减少碳排放，还可以减少广泛的环境问题。然而，低碳技术的应用应避开敏感生境，以便在不引发意外后果的情况下充分实现其环境效益。
虽然大多数人都认识到太阳能和风能是低碳能源，但在各国迅速减少碳排放的基本所有情况下，生物能源和碳捕获和储存也发挥着不可或缺的作用。我们的研究结果表明，我们需要寻找使用这些技术的方法，同时尽量减少对生态系统的伤害。这不仅关系到我们是否使用清洁能源，还关系到我们使用什么技术、在哪里使用以及如何使用。
埃德加·赫特维奇(Edgar Hertwich)是耶鲁大学生态学教授。安德斯·阿尔维森(Anders Arvesen)是挪威科技大学能源与过程工程研究人员。Sangwon Suh是加州大学圣巴巴拉分校的工业生态学教授。Thomas Gibon是挪威科技大学的博士研究生。本文最初发表于谈话．
8的评论
为什么不考虑处理/回收?
“生产光伏电池板确实需要各种金属，其中许多只在有限的地点生产。其中一些金属是剧毒的。因此，我们的评估中没有包括的废物处理和回收很重要。”
处理/回收可能会成为一个大问题，就像高容量电池(你好，特斯拉)一样。
太阳能的批评者会认为这是一个“肮脏的秘密”，他们认为不考虑这一点是因为这会使太阳能看起来不那么有利，甚至可能与其他形式的能源发电持平。到那时，太阳能就变成了另一项由纳税人资助的政府补贴。
肮脏的秘密吗?
这篇文章提出了一个不起眼的观点，即没有一种能源是没有负面影响的。但是，一块太阳能电池板如果在屋顶上放置30年，然后被扔进垃圾填埋场(这是极不可能的)，对环境的影响将低于废弃煤矿或水力压裂气井。当然，核能的长期影响要糟糕几个数量级。
考虑所有的环境影响是非常困难的
请记住，持续依赖化石燃料可能对环境造成的一些影响包括:世界上大多数沿海城市的洪水、物种的大规模灭绝(其规模只能与化石记录中所见的灭绝相比)、气候移民的巨大浪潮(数以百万计)以及人类文明的可能终结。
介意给这些“外部性”定价吗?
——马丁Holladay
我不同意生物质能源
我不同意生物质能和碳捕获是必要的，并且注意到它们完全忽视了抽水水力、电池和其他能源储存方法。
他们还应该考虑到太阳金属的影响，反对者会抓住这一点，因为他们的意识形态要求他们反对进步。还有，所有的太阳能电池板都有相同的未解释的影响，还是根据技术的不同而不同?
必须考虑现代核技术
不错的分析，但是完全忽略了核技术的进步，遗漏了解决方案的一个可能的关键部分。核废料可以用来为现代的、故障安全的核电站提供燃料，产生无二氧化碳的电力，同时减少积累的核废料对环境的影响。我们只需要能够看到过去的旧的、值得的、来自旧核电站的负面刻板印象。
引用前(英国)政府首席科学顾问大卫·金爵士的话:
“与其他工业产生的危险废物相比，(第四代反应堆和核废料回收)地质处置的挑战要小得多(甚至可以说没有必要)，核废料的环境问题也小得多。”
2013年十大新兴技术，世界经济论坛博客，2013年2月14日
考虑一下，但不要指望它(@米切尔·科斯塔)
没有可靠的第四代核武器可以使用乏燃料棒作为燃料。做出这一声明的设计(尤其是Transatomic的MSR)在同行评审的审查中没有站得住脚。最好的情况是，它可以在处理乏燃料棒时获得一些净收益，但前提是使用一些其他的主要燃料来保持反应继续进行。
更重要的问题是，缺乏已经建成和运行的真正的概念验证设计。即使是从一个全尺寸的原型机到一个完全的商业产品，也需要超过10年的时间，而且至少还需要10年的时间来建立一个稳健的记录，包括实际成本数字。这是一项很有前途的技术，但该行业的承诺总是被打破。就目前而言，世界必须在没有它的情况下继续前进，但政府可以/正在/应该至少为原型的开发提供资金，如果不能实现商业化的话。
与此同时，通过存储固定的更智能的光伏和风能电网已经在公用事业规模上与现有的发电技术具有成本竞争力，中小规模在不到十年的时间内也将具有竞争力，这是一件好事，因为分布式资源减轻了电网的负荷，释放了容量。澳大利亚电网运营商预计，到2035年，该国70%的电力用户将使用表后发电(通常是)光伏发电，50%的用户将使用表后存储。
https://www.greentechmedia.com/articles/read/battery-storage-is-booming-in-australia-says-network-operator
到那时会有第四代核弹的全尺寸原型吗?
下注吧，伙计们!
去年NREL发布了一份技术潜力评估报告，显示美国约50%的电力使用可能来自现有的屋顶(不需要新的房地产)。虽然很明显，只有不到一半的反应堆会建成，这取决于美国的政策制定者把它搞得有多糟糕，美国可能会效仿澳大利亚模式(包括一些切断电缆，这对那些没有或不能建造的人来说不是一个好结果)。
http://www.nrel.gov/docs/fy16osti/65298.pdf
当时第四代核完全商业化的财务现实(什么时候，2040年?2050年?)将意味着，核能加上电网来提供它将必须比光伏/风能+电池更便宜，这将是一个非常困难的障碍，即使原型已经建立和运行现在。廉价的可再生能源和廉价的存储列车已经离开了车站，并在不依赖强大的政策支持的情况下，凭借其自身的财政优势加速发展。
作者忽略了太阳能和风能的电网不兼容
作者轻率地忽略了这样一个事实:太阳能和风能是间歇性的、高度可变的能源，而核能是与电网和我们使用电力的方式兼容的基本负载(24/7/365)能源;也就是说，我们希望它在我们想要使用它的时候可用。当可变和间歇电源加入电网时，公用事业公司通常使用燃气轮机来缓冲电力输送，因为它们对电网需求的响应速度很快。这种平衡使用了更多的天然气，而不是在没有间歇性能源的情况下。太阳能和风能接入电网越多，平衡电力的问题就越严重。
对Jay S的回应
松鸦
正如你所断言的那样，作者(不是作者)并没有“轻率地忽视太阳能和风能是间歇性和高度可变的能源这一事实”。
事实上，他们的“缓解方案”(包括可再生能源——与所谓的“国际能源署基线方案”相比)有这样的能源组合:“水电、风能、太阳能和核能的多样化组合占4.3太瓦，天然气供应3太瓦，其中0.3太瓦采用CCS[碳捕获和储存]，煤炭0.7太瓦主要采用CCS，生物质和废物贡献0.4太瓦。”
您可能有理由对这种情况吹毛求疵，但这种情况包括大量的天然气组件和核组件。
关于一个接近50% PV的电网的例子，请参阅本文:一个加勒比岛屿过渡到PV．
——马丁Holladay
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