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图 5.14 （a）加拿大艾伯塔省的沥青砂矿床。（b）从沥青砂生产合成油有4个步骤：（1）去除覆盖层；（2）开采和运送沥青砂到提炼单位；（3）注入蒸汽和热水把沥青和尾矿残渣分离；（4）沥青提纯为焦炭和各种馏分。大约要用两吨沥青砂生产一桶油。（Courtesy of Suncor Energy, Inc）
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无论从油页岩还是从沥青砂中生产石油都需要高额资本支出和承担重大的环境代价。要破坏大面积的土地并产生极大量的废弃物。虽然如此，由于油页岩和沥青砂储量巨大，此类物质有可能是丰富的气态和液态燃料资源。这些矿物不同于核能或大多数可再生能源（如太阳能或水电），它们可以提供工业社会所依赖的汽油、喷气机用油和其他燃料。20世纪80年代油气价格下降，加上政府支持力度减弱，使替代燃料在经济上与石油竞争的努力暂告一段落。然而，随着油气储量渐趋耗竭，总有一天其价格必然上升。出现这种情况的时候，各国就很可能转向这些非常规的燃料资源。与此同时，采用核能作为非燃料动力的技术将被开发。
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核能
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核能的支持者认为核动力是长远解决能源短缺问题的主要办法。他们主张，假如技术问题能够解决，核燃料将提供几乎取之不尽的能源。其他评论者指出，任何依靠放射性燃料的系统都有固有的危险，核动力会引起技术上、政治上和环境方面的问题，而社会尚无解决办法。产生核能主要有两个途径：核裂变和核聚变。
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地理学与生活（插图第11版） [:1705395370]
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核裂变
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核裂变（nuclear fission）发电的传统方式涉及铀-235（U-235，自然界存在的唯一可分裂的同位素）原子核的“分裂”。U-235分裂时，约有千分之一的原始质量转化为热。释放的热通过热交换器产生蒸汽，驱动汽轮机发电。
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1千克U-235蕴含的能量相当于近12125桶石油。全世界400多个商业核反应堆开发核能，大约生产世界电力的16%（图5.15）。其中大约1/4核电站在美国。
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图 5.15 2004年核能的主要生产国和消费国。这8国生产和使用的核能占全世界近3/4。图中标明了每个国家所占全世界核能消费的百分数。发展中国家的核电站很少。
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资料来源：Data from The BP Statistical Review of World Energy, June 2005.
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有些国家比其他国家更依赖核动力。两个欧洲国家——法国和比利时，核动力提供超过65%的电力。不过这仅等于或少于美、加两国电力的20%。有几个国家完全反对核方案。丹麦、意大利、希腊、澳大利亚和新西兰属于此类国家，它们决定保持“无核化”状态，永不建核电站。还有几个国家，包括德国、瑞典和菲律宾，计划逐步停止开发核能直至反应堆被拆除。
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但是，很多国家最近对核动力的兴趣复苏，部分是由于相信核能是减少碳排放和减缓气候变化的最佳途径。在世界范围内，有10个国家的25座反应堆在建设中，另有112座已列入计划或在拟议中。核动力工业位居世界第三（次于美国和法国）的日本，依靠52座核电站生产近1/3的电力，而政府计划要求修建11座新的核电站。在中国，电力需求的迅猛增长和减少对进口石油、天然气以及减少污染严重的燃煤火电站的愿望，促使政府继续修建新的反应堆。其他兴建新的核电站的国家和地区有韩国、中国台湾和俄罗斯，共有6座新核电站在兴建中，另有19座列入计划。③
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美国核动力扩展的情况尚未确定。由于种种原因，自1979年以来尚未安排新的计划（图5.16）。核电站建设、审批和运行的高额费用使它比其他能源更加昂贵。1979年宾夕法尼亚三里岛部分反应堆熔毁和1986年乌克兰核电站爆炸加重了人们对核安全的担心。缺乏安全储存放射性废物的地点也减弱了公众对核能的支持。最后，尤其是2001年9月11日以后，许多人把核电站视为引诱恐怖袭击的目标。
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图 5.16 2005年美国在运营的核电站。103座核电站集中在密西西比河以东，生产全国大约20%的电力。
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资料来源：Data from U.S. Nuclear Regulatory Commission.
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尽管有这些担心，但是美国的核动力可能处在回归的边缘。由于许多旧反应堆的蒸汽发生器被腐蚀，钢铁压力容器变脆而不能安全运转，所以这些反应堆将在若干年内被关闭。有几家公司已经向核管理委员会申请替换其反应堆，或者表明他们想替换反应堆的意图。2005年国会通过的能源法案把几亿美元纳入奖励措施——包括税收抵免、补贴、贷款担保和联邦保险——来鼓励核能生产。
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核聚变
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核聚变不同于把原子裂解的核裂变，核聚变（nuclear fusion）反应是强行把叫作氘和氚的氢原子结合起来形成氦，释放出极其巨大的能量。聚变是使太阳和其他恒星燃烧的过程；也是氢弹的基本原理，氢弹使用的是一种短暂的不受控的热核聚变。
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核聚变比裂变更困难，需要把原子加热到极高的温度，直到原子核发生碰撞而融合。聚变研究者面临的一个技术问题是寻找制造反应堆安全壳的物质，其要能耐受辐射和1亿摄氏度以上的温度。2005年6月，美国、欧盟、俄罗斯、中国、韩国和日本组成的六方联盟，选择法国作为世界第一个大规模核聚变反应堆的地点。“国际热核聚变实验堆计划”（ITER）企图成为一个示范电厂，以此证明核聚变能够被驾驭并成为经济上可行的能源。建设这个电厂至少需要10年。
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如果与核聚变相关的开发问题得以解决，大概能满足全世界数百万年的电力需求。海水是氘原子的来源，1立方千米海水就含有和全世界已知石油储量同样多的潜能。核聚变的拥护者还引证了其他有利之处。聚变的辐射过程是短暂的，废物可以忽略不计。核聚变反应堆不同于核裂变反应堆，它不使用U-235这种紧缺的原料；它也不像传统电站那样排放二氧化碳、二氧化硫或氮氧化物等。
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怀疑主义者指出，尽管进行了50年的研究，科学家还是没有解决控制核聚变以使其释放的能量能被利用的问题。他们坚称聚变电站的成本会异常巨大，而常规方法能供应价廉得多的电力。最后，他们说，聚变能量可能带来我们想象不到的健康与环境问题。
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