有許多可用的低碳技術可以發電。 但他們真的比化石燃料和核能更好嗎？ 
要回答這個問題，我們不僅需要比較不同電源的排放，還需要比較不同電源的排放 健康益處和對生態系統的威脅 of 綠色能源.
生產電力是負責任的 一季度 全球溫室氣體排放量和需求量有望上升 服務不足的人群連接到網格，電子產品和 電動汽車 增生。 因此，阻止全球變暖將需要轉變電力生產。
但重要的是要避免在這種轉變中出現各種環境陷阱，例如破壞生態系統和野生生物或造成這種陷阱 空氣污染.
在 研究論文，我們分析了可再生能源發電的影響， 核裂變 發電廠和化石燃料，有無 一氧化碳？捕獲和存儲 (CCS) 分離 CO 的技術？並將其儲存在地下。我們考慮了與設施的生產、運作和拆除以及燃料的生產、運輸和燃燒相關的環境影響。然後我們將基準情境與 低碳電力情景 2050將阻止全球平均氣溫上升超過工業化前水平2攝氏度以上 關鍵 氣候科學家表示將避免危險的氣候變化。
我們的研究著重證實化石燃料 - 主要是煤 - 給環境帶來沉重的負擔 大多數可再生能源項目對生態系統和人類健康的污染影響較小。 儘管如此，沒有能源沒有不利的環境副作用。 電廠選址，項目設計和技術選擇是投資者和政府應該非常仔細考慮的關鍵問題。
陽光普照
用可再生能源替代化石燃料發電廠，包括太陽能，風能，水電和地熱能，將減少各種類型的污染。 化石和一些可再生能源之間的污染差異程度令人驚嘆。 例如，我們發現製造，安裝和運行光伏電池板的整個過程所產生的污染比僅包括採礦時僅向燃煤電廠輸送燃料的污染更少。
實際製造可再生能源系統的環境足跡如何？
光伏（PV）在我們的分析中非常出色。 如今，PV電池的生產使用的能源比以前少得多。 即使是效率最高的天然氣發電廠，每單位光伏發電的碳排放量也只有十分之一或更少。 人體健康問題，例如顆粒物暴露引起的呼吸道疾病，大約是使用先進污染控制設備的現代燃煤電廠的十分之一。 我們發現，類似的結論可以解釋生態系統對水和土壤的污染。
但太陽能電池板需要更多的空間來產生與化石燃料或核能發電機相同的電量。 不應該用太陽能電池板覆蓋大面積區域是個問題嗎？ 不必要。 當考慮與採煤相關的土地時，從PV產生千瓦時所需的土地數量與煤電相當。 在我們未來的2050場景中，大約一半的光伏裝置可以安裝在屋頂上。
生產光伏電池板確實需要各種金屬，其中許多金屬僅在生產 地點有限。 其中一些金屬毒性很大。 因此，我們在評估中未包括的廢物處理和回收是重要的。
當然，PV只有在陽光普照時才能發電。 然而，不同的太陽能技術 - 集中太陽能熱電集中光線以產生熱量 - 可能是一種可行的方法，因為它在減少污染方面提供了類似的性能，但提供了儲存熱量的選擇，從而在晚上發電。 我們假設CSP技術目前與PV相比採用率很低，在我們的低排放情景中將提供四分之一的太陽能發電。
從碳排放和健康的角度來看，太陽能發電遠遠優於化石燃料發電。 但是大規模的太陽能發電廠需要大片土地，並且可能對當地物種產生負面影響。 11_jamey_stillings_20121027_bse / Flickr的, CC BY
我們發現，水電對環境的影響差別很大。 一些水壩會對氣候產生重大影響 通過儲層中生物質分解產生的甲烷排放。 其他水壩 造成同樣嚴重的生態問題 通過棲息地破壞。 它們還可以阻止水生物種的遷移，減少沉積物流動和養分遷移，從而影響洪氾平原和三角洲。 另一方面，水庫形成了鳥類和其他物種的新棲息地。
水電可以很好地說明選址和項目設計的重要性。 有些項目可能在經濟上可行，但如果社會考慮到它們可能造成的環境惡化，最終不應該實現。 對於其他項目，影響可能受限於緩解策略，如 環境流量 和 魚梯，它為在大壩周圍遷徙魚提供了繞道。
類似的經驗也適用於風力發電，應盡量減少施工期間的棲息地破壞，並調整運行以減少風力 與猛禽和蝙蝠的碰撞。 此外，不同地區的風力資源差異很大，因此選擇風資源更豐富的地方。
生物能源威脅著生物多樣性
生物質 用於發電的能源或燃燒植物材料在大多數將全球變暖限制在工業化前水平以上的2°C的計劃中起著核心作用。 與光伏和風能相反，它提供按需可再生能源。
與CO結合時？捕獲和存儲，它可以 從大氣中擦洗碳 並將其置於地下。 燃燒短旋轉的coppice，如 柳 和 芒草，生產電力還可以降低生物電力的淨溫室氣體排放量。 通過這些方式，可以減少燃燒生物質對健康的影響。
從木屑等生物能源中獲取能量，具有碳排放和其他空氣污染物。 捕獲碳並將其泵入地下可改善其對環境的影響。 俄勒岡州林業部, CC BY
然而，即使這些快速生長的植物生長所需的土地使用也使其他能源的土地使用相形見絀。 這具有重要的生態意義。 通過每千瓦時產生的物種損失來衡量，我們發現生物質的生態破壞與煤和天然氣的生態破壞相當。
因此，雖然它確實可以從減少溫室氣體排放中獲益，但只有在使用時，生物質能才會對生態系統更有利 碳捕獲和儲存，我們總結道。
氣候減緩戰略可以提供難得的機會，不僅可以減少碳排放，還可以減少各種環境問題。 然而，低碳技術的部署應該避開敏感的棲息地，以便充分實現其環境效益，而不會引發意想不到的後果。
雖然大多數人都認識到太陽能和風能是低碳能源，但生物能源和碳捕獲與儲存在各國迅速減少碳排放的各種情況下也具有不可或缺的作用。 我們的結果表明，我們需要尋找使用這些技術的方法，同時盡量減少對生態系統的危害。 這不僅僅是關於我們是否採用清潔能源，而是關注技術，地點和方式。
關於作者
Edgar Hertwich，工業生態學教授， 耶魯大學; Anders Arvesen，能源與過程工程研究員， 挪威科技大學; Sangwon Suh，工業生態學教授， 加利福尼亞大學聖塔芭芭拉分校和Thomas Gibon，博士。 候選人， 挪威科技大學
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