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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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5.4 可再生能源
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核能提出的种种问题，加上一些有限的化石燃料将要耗竭的威胁，以及希望减少对外国能源的依赖，使许多工业国增加了对可再生能源的兴趣。这类能源的优点之一是无所不在，地球上大部分地区都充满阳光、繁茂的植物、强风，或者大雨；另一优点是容易被利用。无需先进技术就能利用许多可再生能源，这是发展中国家普遍使用这些能源的原因。最普通的可再生能源是植物。
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生物质燃料
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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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