2023 年 11 月 3 日
麻省理工學院能源倡議的年度研究會議強調了實施大規模減少世界溫室氣體排放的策略。(麻省理工學院能源計畫)
近年來，世界在很大程度上已經從關於是否需要遏制碳排放的爭論轉向更多關注行動——制定、實施和部署技術、經濟和政策措施，以刺激到中期所需的減排規模。 -世紀。這是麻省理工學院能源計畫 (MITEI) 臨時主任羅伯特·斯通納 (Robert Stoner) 在 2023 年 MITEI 年度研究會議的開幕致辭中傳達的信息。
為期兩天的會議出席者包括教職員工、研究人員、行業和金融領袖、政府官員和學生，以及來自世界各地的 50 多名線上參與者。
「我們正處於一個非同尋常的轉折點。美國能源部(DOE) 貸款計畫辦公室首席策略師喬納·瓦格納(Jonah Wagner) 在會議的一份報告中表示：「我們的時間窗口很短，可以透過改變整個能源系統和經濟來減輕氣候變遷的最壞影響。」主題演講。
但他說，解決方案是存在的。他說：“我們需要部署的大多數技術都已被證明可以投入使用，以接近全球暖化 1.5 ℃的目標。” “我們擁有 2030 年所需技術的 80% 以上，以及 2050 年所需技術的至少一半。”
例如，瓦格納指出，喬治亞州奧古斯塔附近新投入運作的先進核電廠是美國一代人以來建造的第一座新核反應堆，部分資金來自能源部貸款。「這將成為美國最大的清潔能源來源，」他說。他表示，儘管到本世紀中葉在美國實施所有所需技術預計將花費 10 兆美元，即每年約 3,000 億美元，但其中大部分資金將來自私營部門。
他說，隨著美國面臨他所描述的“分散式能源生產海嘯”，未來所需策略的關鍵例子是鼓勵虛擬發電廠（VPP）的發展。他說，美國電網正在成長，到 2030 年高峰需求將增加 2 億瓩。但他表示，與其建造新的大型發電廠來滿足這一需求，大部分成長可以由 VPP 來滿足——VPP 是「分佈式能源資源的聚合，如帶電池的屋頂太陽能、電動車(EV) 和充電器、智慧電器、電網上的商業和工業負載，可以一起使用，以幫助平衡供需，就像傳統發電廠一樣。 ” 例如，透過改變一些時間並不重要的應用的需求時間，例如在深夜而不是在需求可能達到高峰時下班回家後立即為電動車充電，可以減輕對額外峰值功率的需求。
此類計畫“提供了廣泛的好處”，包括負擔能力、可靠性和彈性、脫碳和減排。但他解釋說，大規模實施此類系統需要一些前期協助。他說，消費者參加允許此類時間調整的計畫的費用“是建立 VPP 的大部分成本”，“這意味著花在 VPP 上的大部分錢都會回到美國消費者的口袋裡。” 但要實現這一目標，需要對 VPP 操作進行標準化，“這樣我們就不會每次部署試點或與公用事業公司合作時都重複一遍。”
會議的另一位主講人、麻省理工學院副教務長兼研究管理副院長安妮·懷特（Anne White）列舉了最近發生的毀滅性洪水、野火以及世界各地許多其他與極端天氣相關的危機，這些危機因氣候變遷而加劇。「我們從很多方面看到，能源問題和氣候問題是一回事，」她說。「因此，我們必須緊急開發和推廣低碳和零碳解決方案，以防止未來變暖。我們必須採用實用的、基於系統的方法來做到這一點，考慮效率、可負擔性、公平性和可持續性，以決定世界如何滿足其能源需求。”
懷特補充說，在麻省理工學院，“我們正在動員一切。” 她說，麻省理工學院的人們對處理這些全球問題有強烈的責任感，“我認為這是因為我們相信我們擁有真正能夠發揮作用的工具。”
她指出，麻省理工學院實驗室湧現出的一些有前途的技術中，聚變技術的快速發展催生了麻省理工學院的衍生公司Commonwealth Fusion Systems，該公司的目標是在本世紀末建造一個實用聚變反應器的示範裝置。 。她強調說，這是數十年研究的成果——只有學術實驗室在政府資助的幫助下才能進行此類早期風險工作。
例如，她指出，MITEI 兩年來為 200 多個項目提供了每個項目 15 萬美元的種子資金，迄今為止總計超過 2800 萬美元。這種早期支持是“產生我們都需要的變革性創新的關鍵部分。” 此外，麻省理工學院的The Engine 不僅幫助推出了Commonwealth Fusion Systems，還幫助推出了Form Energy，該公司在西維吉尼亞州建造了一家工廠，生產用於再生能源儲存的先進鐵空氣電池，等等。
遵循支持早期創新的主題，會議設有兩個小組，重點是突出學生和校友及其與能源相關的新創公司的工作。首先，由麻省理工學院創業交流中心主任卡塔琳娜·馬德拉（Catarina Madeira）主持的創業展示會，重點介紹了七家最近衍生的公司，這些公司正在開發來自麻省理工學院研究的尖端技術。其中包括：
- Aeroshield，使用獨特的氣凝膠材料開發一種新型高隔熱窗戶；
- Sublime，正在開發一種低排放混凝土；
- Found Energy，開發一種使用回收鋁作為燃料的方法；
- Veir，開發超導電力線；
- Emvolom，利用廢氣開發廉價的綠色燃料；
- Boston Metal，開發鋼鐵和其他金屬的低排放生產流程；
- Transaera，採用新型高效率空調；和
- 碳回收國際，生產廉價的氫燃料和合成氣。
會議稍後舉行了一場“學生大滿貫競賽”，11 名學生進行了演講，他們描述了他們去年夏天所從事的能源項目的成果。這些項目多種多樣，包括分析對緬因州風電場的反對意見、如何最好地分配電動車充電站、優化生物能源生產、回收電池中的鋰、鼓勵採用熱泵以及對能源項目選址的衝突分析。與會者對學生演講的品質進行了投票，電氣工程和計算機科學專業的學生 Tori Hagenlocker 因其有關熱泵採用的演講而被宣佈為第一名。
學生們也首次參加了會議：五名在校學生或最近的學生參加了小組討論，提出了他們對當今能源問題和優先事項的看法，以及他們如何努力做出改變。安德烈斯·阿爾瓦雷斯（Andres Alvarez）是核工程專業的應屆畢業生，他描述了他在一家新創公司的工作，該公司專注於識別和支持有潛力的早期想法。城市研究和規劃專業的研究生 Dyanna Jaye 談到了她幫助發起一個名為「日出運動」的組織的工作，該組織試圖將氣候變遷作為國家的首要任務，以及她幫助制定綠色新政的工作。
正在研究綠色氫生產的機械工程研究生彼得·斯科特談到，需要“非常徹底和迅速地淘汰當前現有的化石燃料”，並停止開發新能源。麻省理工學院史隆管理學院MBA 候選人阿馬爾·達亞爾(Amar Dayal) 談到了技術與政策之間的相互作用，以及《通貨膨脹減少法案》等立法在使新能源技術走向商業化方面的關鍵作用。數據、系統和社會研究所的博士生 Shreyaa Raghavan 談到了多學科方法解決氣候問題的重要性，其中包括電腦科學的重要角色。她補充說，與其他機構相比，麻省理工學院在這方面做得很好，“可持續性和脫碳是這裡許多不同部門和項目的支柱。”
最近獲得 MITEI 種子基金補助的一些接受者在由 MITEI 執行董事 Martha Broad 主持的小組討論中報告了他們的進展。種子基金得主、化學工程教授 Ariel Furst 指出，電力供應主要集中在北半球國家，總體而言，全球十分之一的人無法獲得電力，約 25 億人「依賴骯髒的燃料」為他們的房屋取暖和做飯”，這對健康和氣候都有影響。她的專案正在開發的解決方案涉及使用 DNA 分子與催化劑結合，被動地將捕獲的二氧化碳轉化為乙烯，這是一種廣泛使用的化學原料和燃料。航空航太學教授 Kerri Cahoy 描述了她在利用衛星感測器監測甲烷排放和電力線路狀況的系統方面的工作。她和她的團隊發現，電力線通常早在它們真正故障並可能引發火災之前就開始發射可偵測到的寬頻無線電頻率。
土木與環境工程副教授阿德米爾·馬西克 (Admir Masic) 介紹了在海洋中開採氫氧化鎂等礦物質以用於碳捕獲的工作。該過程可以將二氧化碳轉化為在地質時期穩定的固體材料，並有可能用作建築材料。機械工程學教授 Kripa Varanasi 表示，多年來，MITEI 的種子資金幫助了他的一些項目，這些項目「後來成為新創公司，其中一些正在蓬勃發展」。他描述了正在進行的用於綠色氫氣生產的新型電解槽的工作。他開發了一種利用氣泡吸引表面來提高產生氫燃料的生物反應器的效率的系統。
兩天的一系列小組討論涵蓋了與可能在應對氣候變遷方面發揮作用的技術和政策相關的一系列主題。在技術方面，由 MITEI 未來能源系統中心執行董事 Randall Field 領導的一個小組研究了大型、難以脫碳的工業流程。冶金學教授 Antoine Allanore 介紹了在開發創新工藝來生產鋼鐵（世界上最常用的商品之一）方面取得的進展，該工藝可大幅減少溫室氣體排放。JERA Americas 的 Greg Wilson 描述了可再生能源生產的氨在發電廠中替代天然氣的潛力，從而大大減少排放。材料科學與工程教授 Yet-Ming Jiang 描述了使用新型低溫製程實現水泥生產脫碳的方法。MITEI 的研究科學家 Guiyan Zang 談到了透過使用電化學過程來減少生產乙烯（一種主要工業化學品）的碳足蹟的努力。
由核子科學與工程教授 Jacopo Buongiorno 領導的另一個小組探討了核電擴張的光明未來，包括最終進入商業示範的新型小型模組化反應器。布恩吉奧諾說：“至少十五年來，美國第一次真正對核能感到興奮和關注。” 小組成員表示，目前核電生產了全國 45% 至 50% 的無碳電力，隨著幾十年來第一座新核電廠的投入運營，為大幅成長奠定了基礎。
碳捕獲和封存是麻省理工學院氣候大挑戰計畫執行董事大衛·巴布森領導的一個小組的主題。麻省理工學院教授Betar Gallant 和Kripa Varanasi 以及來自Equinor 的Elisabeth Birkeland 和來自Chevron Technology Ventures 的Luc Huyse 描述了從發電廠排放物、空氣和海洋中回收二氧化碳並將其轉化為燃料的各種方法的重大進度、建築材料或其他貴重商品。
一些小組討論也討論了氣候議題的金融和政策面向。關於能源轉型的地緣政治影響的小組由 MITEI 政策副主任 Christopher Knittel 主持，他表示“能源一直是地緣政治的代名詞。” 他說，隨著人們的關注點從在哪裡尋找石油和天然氣轉向哪裡有鈷、鎳和其他所需元素，「我們不僅擔心自然資源的蘊藏在哪裡，而且我們將人們越來越擔心政府如何激勵「過渡」以發展這種新的自然資源組合。小組成員、研究所教授蘇珊娜·伯傑 (Suzanne Berger) 表示，“我們現在正處於一個獨特的開放時刻，有機會創建一個新的美國生產體系”，該體系效率更高、碳排放更少。
其中一個小組討論了投資者對新興能源技術的可能性和陷阱的看法。主持人、麻省理工斯隆管理學院助理教授 Jacqueline Pless 表示：「這個領域現在有很大的發展動能。現在是投資的真正成熟時機”，但風險也是真實存在的。“一些非常大且不確定的技術需要大量投資。”
另一個小組討論了大型成熟公司在引領向清潔能源轉型方面可以發揮的作用。主持人、MITEI 會員服務總監 JJ Laukatis 表示：「這次轉變的規模是巨大的，而且也將與我們過去所見過的任何事情都非常不同。我們必須以前所未有的速度全面推廣複雜的新技術和系統，從氫能到電動車再到電網。” 這樣做需要產業、政府和學術界的共同努力。
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副教務長安妮懷特（左）就研究型大學的作用發表了主題演講，然後與 MITEI 臨時主任羅伯特·斯通納一起回答了觀眾的問題。