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世界上超过一半人依靠木材和其他形式的生物质（biomass）满足对日常能源的需求。生物质燃料（biomass fuel）是指动植物或微生物生产的、能直接燃烧作为热源或转化为液体或气体的任何有机物质。除了木材以外，生物质燃料包括树叶、农作物残茬、泥炭、畜粪，以及其他动植物材料。在埃塞俄比亚和孟加拉国，生物质燃料提供能量消费总量的90%以上；在印度和巴基斯坦，也占40%左右。相反，发达国家从草木和其他有机物质转化而来的能量微不足道。
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生物质能源有两大类：一类为树木、谷物和糖料作物，以及含油植物——如向日葵等；另一类为废料，包括农作物残茬、动物粪便和垃圾。把生物质转化为燃料的方法很多，包括直接焚烧、气化和厌氧消化（anaerobic digestion）等。而且，除了发电以外，还能在转化过程中生产固体（木材和木炭）、液体（油类和酒精）和气体（甲烷和氢气）燃料，以便储存和运输。
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木材
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生物质产生的能量很大一部分来自木材。1850年，美国能源的90%来自木材。虽然目前木材只提供全国各种能源的3%，但是各地区的百分数差别很大，缅因州和佛蒙特州木材燃料就提供两个地区使用能源的15%。在发展中国家，木材是一种关键的能源，用以取暖、烹饪、烧水和照明。对木材的这种依赖造成有些地方森林严重损耗，这是本章后面讨论的主题（见“森林资源”）。
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生物质对能源的第二个贡献是乙醇，它能用各种各样的植物制造。20世纪70年代石油短缺以后，化石燃料贫乏的巴西开始着手开发本国的能源，以减少对进口石油的依赖。巴西所出售的汽油都含有25%用甘蔗制造的乙醇，常规汽车发动机无须改造就能使用这种混合燃料。2003年，“混合燃料”（flex-fuel）④ 汽车在巴西登场。这种汽车的发动机经改造被设计为用汽油、乙醇或二者按任何比例的混合物都能驱动；油箱的体积不大于装雨刷液体的容器。买家被乙醇的低价和全国几乎所有加油站都出售这种燃料的事实所吸引。采用这种汽车和燃油两年后，这种混合动力汽车占巴西新车销售额的一半以上。
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废弃物
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废弃物包括农作物残茬、动物粪便和人类的垃圾，代表第二大类有机燃料。特别是在乡村地区，可以用此类废弃物通过叫作厌氧消化的过程发酵产生的甲烷（亦称沼气）作为能源（图5.17）。包括印度、韩国和泰国在内的许多国家有全国性沼气项目，但是为农村家庭产生大量沼气做了最大努力的是中国。他们用农家后院的发酵罐（沼气池）里产生的沼气，为多达3500万人提供做饭、照明和取暖的燃料。沼气技术被有意做得很简单：石头砌成的发酵池内装了废弃物——除人畜粪尿外还有秸秆和其他农作物残茬，在压力之下任其发酵产生甲烷，然后用软管通入农家厨房。沼气用完后，剩余废物可抽出用作田地里的肥料。
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图 5.17 尼泊尔的沼气发生器。动物粪便和植物废料是尼泊尔、巴基斯坦、印度和中国等国家重要的燃料来源。加进前院发酵罐中的废料和水与有机物混合。随着废料的分解，沼气逸出。图上的装置是集气罐，导管把沼气引入各家厨房。（© Sean Sprague / Panos Pictures）
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水能
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生物质，特别是木材，是最常用的可再生能源。其次最常用的是水力发电（hydropower）——从下降的流水中开发的能量。水能是水流从一个基准面落下到另一个基准面时——无论自然下落还是经水坝下落——产生的。下落的水流被用来推动水车，像古埃及人所做的那样；或者推动现代的涡轮叶片，驱动发电机发电。水能是一种清洁能源。虽然干旱区水库中有些水分可能经蒸发而损失，但是发电过程中水分既不受污染也没有消耗。一般而言，只要流水不断，水能就可再生。
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由于水能是系于水的一种资源，水力发电只能受制于特定的位置。在美国，47个州的1900多个地点有水力发电。尽管水电站分布如此广泛，但是全国60%以上的水电开发能力仅集中于3个地区：太平洋沿岸各州（华盛顿州、俄勒冈州和加利福尼亚州）、东南部田纳西河流域和东北部各州（图5.18）。形成这种格局的原因，一方面是由于资源基地的位置，另一方面是由于水电开发中田纳西河流域管理局（Tennessee Valley Authority，TVA）等机构所起的作用。
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图 5.18 2002年美国各州水力资源发电占全部电力的百分比。美国已开发了约一半的水电潜力。
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资料来源：Energy Information Administration, State Electricity Profiles 2002.
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水电的长途输送代价很高，因此水电通常都在当地消费。这个事实有助于说明某些地区使用混合能源的格局。因此，虽然美国水力发电只占全国电力供应的1/10，但是爱达荷州的全部电力、俄勒冈州和华盛顿州约90%的电力是由水电供应的。
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图5.19表示全世界能源消费的格局。水电对各国能源的贡献差异很大。挪威、阿尔巴尼亚、埃塞俄比亚、赞比亚和巴拉圭水电占电力的97%以上。加拿大是全球领先的电力生产者，其中大约有70%来自水电，其份额堪与巴西、瑞士和新西兰相比。亚洲、非洲和南美洲将近40个国家从水电获得一半以上的电力。南美洲巴拉那河（Parana River）伊泰普（Itaipu）水电站是目前世界上最大的此类设施，为巴拉圭提供几乎全部的电力，并为巴西提供20%的电力。
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图 5.19 2004年按地区统计的水电消费。图中表明各地区水电消费的百分比。水电对电力供应的贡献并非只限于工业化国家。例如，南美洲水电供给75%的电力；发展中国家作为一个整体，供给44%。
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资料来源：Data from The BP Statistical Review of World Energy, June 2005.
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水库大坝除了供发电外，还可用于防洪和灌溉。尽管具有这些和其他种种优势，但是水电开发也有值得注意的环境与社会代价（见“筑坝的烦恼”专栏）。水库蓄水淹没河谷中的森林、农田和村庄，有时造成数以万计的移民。水库淹没天然湿地和河流生境，改变水流模式，拦截本来流向下游沉积在农田上的泥沙，导致土壤肥力长期下降。河流下游利用不时发生的洪水发育起来的生态系统被破坏，减少了水生物种的多样性。
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地理学＆公共政策 筑坝的烦恼