有些危机来得猝不及防——例如，卡特里娜飓风或印度洋海啸。而能源危机则完全不同：这是一个在我们眼前上演的慢镜头问题，断断续续，而且常常是可以预见的。我们知道世界（以及美国）的人口将持续增长，人们将期望更高的生活水平。我们知道化石燃料资源是有限的。我们也知道我们当前的能源生产方式对环境有着显著的弊端。总之，我们现在就有时间来为未来做准备。
为此，《Discover》杂志与国家科学基金会合作，在华盛顿特区的国会山上举办了一系列简报会。八位顶尖思想家提出了如何使我们的能源供应更清洁、更高效、更充裕的愿景。在此，我们重点介绍他们演讲中的亮点。这些提议都不需要神奇的突破。它们只需要行动。
Lowell Ungar，节能联盟高级政策分析师
- 绝妙主意：将能效视为一种燃料，并使其成为能源政策的基石。
能源效率是第一燃料，也是我们国家能源政策的核心。能源效率并非配角，而是主角，而我们才刚刚开始挖掘它的潜力。为了实现它，有很多事情可以做，其中许多是纯粹个人层面且具有成本效益的。你需要知道选择哪种灯泡。你能安装地源热泵吗？收紧房屋的墙壁以减少漏气，从而节省供暖和制冷费用又如何呢？你的房东可能在选择安装什么设备，但由于他不支付能源账单，他可能并不关心其效率如何。
你也可以尝试影响立法，制定节能政策。其中一项政策是碳排放总量控制。目前的提议是通过发行限制电力和工业工厂等实体排放量的许可证，来设定二氧化碳和其他温室气体排放的上限。这些工厂将在一个被称为“总量管制与交易”的系统中相互交易许可证。根据一项独立估算，一项碳排放总量控制法案可以将预计未来 40 年增长 15% 的能源需求基本维持在同一水平。另一项政策将解决建筑能效规范。建筑物的能耗约占我们总能耗的五分之二，其碳排放量约占我国总碳排放量的五分之二。目前，建筑规范倾向于说“我们可以节省 1% 甚至 2% 的能源吗？不，我们需要节省 30%。”这是一个起点。然后是 50% 的节省，然后在此基础上不断前进。
另一项重要的政策涉及能效标签。当你去商店购买洗碗机时，商店会要求在他们销售的每台洗碗机上贴上标签，告诉你它可能使用多少能源以及这些能源将花费多少钱。然后你就可以选择是多花一点钱购买一台更好的洗碗机，因为你在水电费账单上会省回这笔钱。
如果你想购买节能型住房，祝你好运。也许美国只有 10% 的新房被贴上了能源之星（Energy Star）的能效标签。美国的房屋止赎问题不仅源于抵押贷款，也源于水电费账单。有充分证据表明，水电费成本是导致房屋止赎的第二大原因，但如果你想减少这些账单，你通常找不到明确的解释告诉你该怎么做。
Ralph Masiello，KEMA创新总监
- 绝妙主意：储存可再生能源，以便我们在需要时使用。
风能和太阳能等可再生能源需要储存。这有点奇怪；在过去 40 年里，对于所有其他商品和制成品，我们都致力于减少库存，但电力一直是零库存产品，直到现在。我们无法储存电力的事实意味着，每次有人在家中打开或关闭灯时，最终的电力来源——发电厂——都必须上下波动。但我们正处在一个临界点，可以开始在电网上增加储存设施。这意味着我们可以处理供需之间的波动和不平衡，并带来巨大的好处。
目前，能源价格从每兆瓦时负 20 美元到 500 美元不等，而且每五分钟都在变化。想想这种波动性。股市的波动速度都没有这么快。那么负价格是怎么回事呢？当发电机产生的电量过多时，市场必须付钱给别人来消耗多余的能源。因此，储存能力将有助于平滑我们今天面临的巨大价格波动。
在 50 年后，我们无法为 90 亿人口储存电力。我们将不得不将此视为一个燃料问题来解决。智能电网可以提供帮助。首先，最重要的是，我们可以利用电网将可再生能源发电与我们对能源的需求时间解耦。太阳只在白天闪耀，所以它无法在夜间为你降温。而且，在全国许多地区，风在夜间的强度远大于白天。德克萨斯州已经出现这种情况：风力发电场不得不在深夜关闭，因为它们无法将电力输送到变电站。风力发电场附近的需求不足，而且输电线路不够长，因为没有其他地方可以输送电力。储存将实现负荷平衡。
为了促进储存，联邦能源监管委员会和各州必须解决政策问题。本质上，我们现在在两类资产之间有一道“中国墙”：如果它是输电资产，那么公用事业公司拥有它，并由政府监管。但如果它是发电资产，则由承担生产能源风险的商家或投资者拥有——并且不受监管。储存将弥合这一障碍。你可以在能源便宜时将其存入储存设施，在能源有价值时取出。但是，新的监管需要解决谁拥有能源以及如何产生收入等问题。
George Huber，马萨诸塞大学阿默斯特分校化学工程师
- 绝妙主意：用我们不用于食品的生物质生产乙醇或其他可再生燃料。
玉米和粮食作物产生的生物质数量非常少；要使生物燃料产生巨大影响，我们必须利用非食用植物的能量，也称为纤维素生物质——木材和木材废料、农业废料和能源作物。你需要尽可能便宜地将其转化，并生产高价值产品。方法如下：首先，将固体生物质分解成液体或气体产品。然后，添加催化剂将这些分解产物转化为一系列化合物。利用这种生物质，我们可以生产出今天我们从石油中获得的所有相同燃料：汽油、柴油、喷气燃料。将来，当人们去加油站时，他们甚至不知道自己正在给汽车加注生物燃料。这是一个非常近期的解决方案，我们将在未来 5 到 15 年内看到它的实现。
我的看法是，我们首先会看到用林业产品生产纤维素生物燃料，因为你今天就可以在市场上购买林业产品。我们知道如何收获它们。然后，未来一旦我们展示了这项技术，我们也会转向其他作物。纤维素生物质在生产液体运输燃料方面具有巨大潜力。它不直接与粮食作物竞争，而且它是我们唯一拥有的可再生碳源。
我们正在研究的一项名为催化快裂解的技术，可以在一步反应中从生物质生产出汽油范围的化合物。我们可以使用锯末。我们还可以使用农业废弃物。我们还可以使用能源作物，然后生产出汽油。我们是在一个反应器中完成的。我们使用非常便宜的催化剂来生产一种已经是现有基础设施兼容的液体产品。
不需要新的灵活燃料汽车。不需要新的管道。我们还从纤维素生物质中生产喷气燃料。军方在满足其运输需求方面完全依赖石油衍生的喷气燃料。因此，从国家安全的角度来看，他们希望寻找替代方案。
Vivian Loftness，卡内基梅隆大学建筑师 - 绝妙主意：利用自然光、更好的空气流通和智能设计，提高建筑物的能效。
建筑物可能是碳排放的最大来源。我们如何才能提高它们的效率？我们需要拥抱自然。华盛顿特区的国会大厦和参议院大楼就是围绕自然设计的。它们围绕工作空间中的日光设计。它们围绕自然通风设计。它们早于电力能源。它们曾经是，并且可以继续是了不起的工作环境。
日光可以取代我国 30% 到 60% 的照明能源。关键在于关掉电灯开关，并确保窗户的设计能够将光线分布到空间中。这存在挑战，因为我们的一些建筑过于深邃；我们也开始将员工转移到地下室，这应该是违法的。如果你将日光作为主要照明来源，工作环境会更加美好。
我们还应该利用自然通风，即使在凉爽的季节。事实上，我们过去常常定期这样做。凡是具有 50 到 60 年历史的大学校园，都曾依赖自然通风作为其唯一的通风系统。在讲堂和教室里，我们基本上在没有中央空调和强制通风的情况下就成功地教育了聪明人。当然，当外面只有零下十几度时，你不会把窗户大开，但你肯定可以利用自然的、免费的空气来满足你的呼吸需求。
被动式太阳能可以满足我们 20% 到 40% 的供暖需求，除此之外，我们应该为美国遮阳。在萨克拉门托，电力公司会为你种植一棵树。你可以从图画书中挑选树木，然后电力公司会来你家花园里种植。这实际上降低了电网的峰值负荷和运行负荷。我们必须进行隔热和密封，以降低供暖和制冷负荷。
我们应该将每一瓦能源使用三次。我们大约 70% 的总电力被白白浪费了，而这 70% 是免费的热能。事实上，如果你做得好，你甚至可以将这些能源使用四次。
我们还必须让美国人重新开始步行。这是一个建筑问题，因为它关系到我们新建筑的选址。我们每年都在增加驾车里程才能到达相同类型的地方；是时候解决过度蔓延的问题了。
Daniel Nocera，麻省理工学院化学家
- 绝妙主意：分解水产生氢能源——但要以廉价的方式实现。
大自然是已知最好的太阳能燃料储存机器，所以让我们找出它是如何工作的。光线进来四个光子，然后照射到叶子上，将水分解成氧气和氢气。叶子产生的氢气量是氧气的两倍，然后将其作为固体燃料储存起来。这样，你就将阳光储存在了燃料中，能量就储存在了化学键中。然后你吃掉这种燃料，就能以定时释放的方式重新获得所有的阳光。所以你字面意思上是在咀嚼太阳。
我们在麻省理工学院的实验室发明了一种廉价的分解水并进行光合作用的工艺，而无需在叶子中进行。最近我们发现，我们可以利用查尔斯河作为水源。我们可以利用废水作为水源。我们可以利用海洋作为水源。所以你可以随时随地通过人工光合作用产生氢气。我对非发达地区尤其感兴趣，特别是非洲和印度。给非洲的一个小孩 500 瓦特的能量将改变他的生活。这并不算多大的能量。
阿尔·戈尔一直在到处说：“用现有的技术吧。它们就在架子上。把它们拿下来。”但他有点走火入魔了。是的，我们确实拥有技术。我有光伏板。我可以将氢气储存在燃料电池中，并取出所有能量。我现在就可以为你建造任何数量的系统，但你知道吗？它们太贵了。你需要像我这样的科学家发现我那种微小的磷酸钴催化剂——这种能在叶子外和实验室里驱动光合作用的材料——的原因是，我将以廉价的方式实现它。
要满足一个普通家庭一天的用电需求，需要 20 千瓦时。这相当于只有 5.5 升水。为了说明这一点，我手里拿着的是为一个加州海岸的大型住宅提供电力所需的水量。这些水不仅能满足该房屋的需求，还能驱动一辆燃料电池汽车在城里行驶。这就是未来。这是不可阻挡的。大自然在 20 亿年前就进行了这项实验并选择了这个过程，它即将到来。
Brooke Coleman，新燃料联盟执行董事
- 绝妙主意：让生物燃料在公开市场上与石油自由竞争。
有时人们会将使用先进生物燃料与互联网热潮相提并论。但在互联网存在之前，没有人控制互联网市场。然而，石油公司确实控制着液态燃料市场——所以归根结底，生物燃料行业想要做的是从可能是美国乃至世界上最有权势的行业手中夺取市场份额。这不是一件容易的事，而且是政策驱动的。
那么，你需要做什么来解决这个问题？你必须打破僵局，允许这些燃料在公平的竞争环境中进行市场竞争。让灵活燃料汽车上路，它们可以运行任何组合的生物燃料。在美国，人们假装这非常困难。事实并非如此。它比在汽车上安装安全带便宜，绝对比安全气囊便宜，肯定比立体音响和真皮内饰便宜。公司必须吸引投资，建造工厂，并在市场启动之前生产出一定数量的产品，以便在规定生效时投入使用。
任何过去 18 个月里住在美国的人都知道，当石油价格涨跌时，市场上会出现各种间接的碳效应。如果我们未来对碳排放进行控制，我们将不得不根据可能决定整个行业生死存亡的特定变量和假设来对每种燃料进行评分。我们需要让可再生燃料摆脱束缚，以便它们能够在公平的碳排放竞争环境中竞争。如果你要对它们进行碳评分并进行相对比较，那么石油和生物燃料应该一视同仁。
变革的推动者 上述所有构想都需要重新思考我们如何发电、如何储能以及如何用能。以下两项变革性技术可能有助于实现如此激进的改革。
变革者 S. Massoud Amin，明尼苏达大学电气与计算机工程师
理念 自我修复电网 本质上，这意味着赋予电网免疫系统。自我修复电网的设计能够快速隔离任何有问题的元素，并以很少或没有人为干预的方式恢复正常运行。这样的电网可能包括一个连接到多个能源的系统，在整个系统中设置传感器来识别故障，并将其传达给附近能够自动采取纠正措施的设备。一个完美的自我修复电网将消除效率低下，并且永远不会出故障。
变革者 James D. McCalley，爱荷华州立大学电气与计算机工程师
理念 能源系统分析 可以利用先进的计算机模型来规划 40 年后的技术组合、分销方式以及我们能源供应的环境影响。本着这种精神，McCalley 目前正在为 2050 年做计划：他正在研究最优的能源流模式，确定实现最佳性能的基础设施增强措施，并预测市场对能源供求的影响。在他的方程式中分析的能源包括太阳能、清洁化石燃料、地热能、核能和风能。
