科学家和工程师一直在探索清洁能源的更多潜力。
《对话》探讨了五个应对气候变化的创新构想，《对话》。
从运河上方的太阳能板，到为家庭供电的电动汽车电池。
对大多数人来说，太阳能电站或地热电站是重要的清洁能源来源。科学家和工程师则看到了这些之外更广阔的潜力。
他们设想，海上风力涡轮机可以捕获碳并将其封存于海底，地热电站则可生产为电动汽车提供动力所需的重要金属。电动汽车电池也可以改造后为家庭供电，既能为车主省钱，也能减少交通运输排放。
随着全球科学家发出警报，指出气候变化带来的危险和成本日益上升，让我们通过《对话》近期的五篇文章，了解一些前沿构想，看看它们如何改变当今技术减轻全球变暖影响的方式。
1. 太阳能运河：发电与保护水资源
如果太阳能板能一举两得，在发电的同时保护水资源，会怎样？
加利福尼亚州正在建设美国首批太阳能运河，在该州部分输水运河上方架设太阳能板。这些运河绵延数千英里，穿过干旱地区；干燥的空气会加剧蒸发，而该州经常受到水资源短缺困扰。
“在2021年的一项研究中，我们发现，如果在加利福尼亚州全部4,000英里的运河上方覆盖太阳能板，减少蒸发每年可节约超过650亿加仑水。这些水足以灌溉5万英亩农田，或满足超过200万人的家庭用水需求，”加州大学默塞德分校工程学教授罗杰·贝尔斯写道。此举还可以在不占用可耕地的情况下扩大可再生能源规模。
研究表明，人类活动，尤其是将化石燃料用于能源和交通运输，无疑正在使地球变暖并加剧极端天气。扩大可再生能源的使用——目前约占美国公用事业规模发电量的20%——可以减少对化石燃料的需求。
在有遮蔽的水面上方安装太阳能板，也能提高其发电量。贝尔斯写道，较凉的水能使太阳能板温度降低约10华氏度（5.5摄氏度），从而提升效率。
2. 地热能有望增加电池供应
要让可再生能源大幅削减全球温室气体排放，建筑和车辆必须能够使用这种能源。电池至关重要，但这个行业面临供应链问题。
电动汽车和公用事业规模储能所用的大多数电池都是锂离子电池，而美国使用的大部分锂来自阿根廷、智利、中国和俄罗斯。中国在锂加工领域处于领先地位。
地质学家和工程师正在研究一种创新方法，有望通过从地热卤水中提取锂，增加美国本土的锂供应，地点位于加利福尼亚州索尔顿海地区。
地热电站利用热量和蒸汽发电后剩余的液体就是卤水。其中含有锂以及锰、锌和硼等其他金属。通常，这些卤水会被泵回地下，但也可以将其中的金属过滤出来。
“如果目前正在进行的试点项目证明，能够以合理成本从这些卤水中提取电池级锂，那么仅索尔顿海沿岸现有的11座地热电站，就有望生产足够的金属锂，供应量约为美国当前需求的10倍，”地质学家迈克尔·麦基本（加州大学河滨分校）和能源政策学者布莱恩特·琼斯（博伊西州立大学）写道。
乔·拜登总统援引《国防生产法》，于2022年3月31日为美国企业提供激励，鼓励它们开采和加工更多用于电池的关键矿物。
3. 绿色氢能与其他储能构想
科学家也在探索其他方法来改善电池矿物供应链，包括回收旧电池中的锂和钴。他们还在开发采用其他材料的设计方案，国家可再生能源实验室研究员凯莉·里皮解释道。
例如，聚光太阳能发电通过加热熔盐来储存太阳能，并利用熔盐产生蒸汽驱动发电机，原理类似燃煤电厂发电。不过，里皮写道，这种方式成本高，而且目前使用的熔盐在更高温度下不稳定。美国能源部正在资助一个类似项目，试验使用加热的沙子。
绿色氢能和氨等可再生燃料提供了另一种储能方式。由于它们以液体形式储存能量，因此可以运输，并用作船舶或火箭燃料。
氢能备受关注，但并非所有氢能都是绿色的。如今使用的大多数氢实际上是用天然气——一种化石燃料——生产的。绿色氢能则可以利用可再生能源驱动电解，将水分子分解为氢和氧，但这种方法同样成本高昂。
“关键挑战在于优化流程，使其高效且经济，”里皮写道。“潜在回报巨大：取之不尽、完全可再生的能源。”
4. 用电动汽车为家庭供电
电池也有望很快让电动汽车变成一块巨型移动电池，为家庭供电。
目前只有少数车辆支持车辆到家庭（V2H）充电，但这一状况正在改变，宾夕法尼亚州立大学能源经济学家塞思·布卢姆萨克写道。例如，福特表示，其新款F-150 Lightning皮卡一次充电可为普通住宅供电三天。
布卢姆萨克探讨了V2H普及过程中的技术挑战，以及它改变人们管理能源使用的方式和公用事业储存电力的方式的潜力。
例如，他写道：“一些房主可能希望用车辆实现公用事业规划人员所说的‘削峰’，也就是白天用电动汽车为家庭供电，而不依赖电网，从而减少在用电高峰时段购电。”
5. 捕获空气中的碳并将其封存
另一项新兴技术更具争议。
过去两个世纪里，人类向大气中排放了大量二氧化碳，因此仅仅停止使用化石燃料，还不足以迅速稳定气候。包括近期政府间气候变化专门委员会报告中的情景在内的大多数情景都表明，世界还必须从大气中移除二氧化碳。
从空气中捕获二氧化碳的技术已经存在，这项技术称为直接空气捕集，但成本高昂。
哥伦比亚大学的工程师和地球物理学家，例如戴维·戈德堡，正在探索降低成本的方法：将直接空气捕集技术与可再生能源生产和碳封存结合起来，例如在海底岩层上方建造海上风力涡轮机，将捕获的碳封存在那里。
全球最大的直接空气捕集工厂于2021年在冰岛启用，利用地热能为设备供电。捕获的二氧化碳与水混合后被泵入地下的火山玄武岩层。二氧化碳与玄武岩发生化学反应，转化为坚硬的碳酸盐。
戈德堡曾协助开发冰岛使用的矿化工艺，他认为未来美国海上风电场也有类似的发展潜力。风力涡轮机在许多时候产生的能源往往超过用户当时的需求，因此会有多余能源可供使用。
戈德堡写道：“如果将这些技术结合起来，就能降低碳捕集的能源成本，减少对陆上管道的需求，从而减轻对环境的影响。”
