充满希望的绿色能源
生物能指的是生物质能源。树木、农作物、陆地和水中的野生动植物体及某些有机废料，都属于生物质。所谓生物质能就是通过绿色植物的光合作用将太阳辐射的能量以一种生物质形式固定下来的能源。
生物包括植物、动物和微生物。动物和大多数微生物都靠植物为生，除了少数微生物外，地球上只有绿色植物才是真正的“建设者”。绿色植物以二氧化碳和水这类简单的无机物质做原料，合成各种复杂的有机物，不仅满足自身的需要，同时也为其他生物所享用。这个过程必须在有光照的条件下才能进行，叫作光合作用。绿色植物光合作用的过程，是它们成长壮大的过程，也是它们吸收、储存太阳能的过程。这就是说，生物质能源同煤、石油、天然气等化石能源一样，都是源于太阳能，是太阳能的一种形式。不同的是，化石燃料里的能源是亿万年前的生物质储存起来的太阳能，而生物质能源则是当代植物通过光合作用固定起来的太阳能。这些以葡萄糖、淀粉等物质形式存在于植物内部的能量，经过生物技术的加工，就能够转变成甲醇、乙醇、甲烷、氢气等燃料。因不含硫和其他杂质，燃烧时不产生SO2、CO2等有害气体，所以这些生物燃料有“绿色能源”之称。
解决能源短缺的聚变能
使用美国最新建成的试验核反应堆的科学家们认为，他们为下个世纪开发一种安全而又取之不尽的能源—一聚变能——而进行的努力取得了进展。建在美国中部新泽西州郊区普林斯顿大学等离子体物理实验室的“国家球形核聚变实验装置（NSTX）”，使支持提供聚变研究经费的官员们和参与此项全国性合作项目的物理学家和工程师们惊叹不已。能源部长比尔·理查森说：“NSTX是有关这项技术具有潜力的最佳例证，它缩短了我们与实际应用聚变能之间的距离。”聚变过程由太阳提供动力，它在高温高压条件下把特殊形态的微小氢原子聚集在等离子体内——等离子体是一团滚热的带电气体，与荧光灯泡中的物质相似。
支持者说，有朝一日，利用原子聚变释放的能量提供清洁能源将远比今天的商业核裂变反应堆安全。聚变所需的燃料——从水中提取的氢原子——十分丰富。此外，聚变过程既不会引起“熔化”反应，也不会造成空气污染、酸雨或温室效应。
实验室负责人罗伯特·戈德斯通说，聚变反应堆产生的放射性只有与之相当的裂变反应堆的千分之一。矿物燃料供应预计50年后就将发生短缺，许多科学家希望聚变能在此之前成为主要能源。
但是，充分改进控制核燃料自动维持“燃烧”的技术将需要几十年的时间和数亿美元的资金。同时，全国各地的物理学家说，由于联邦政府的经费投入不足——NSTX项目每年只有2700万美元的经费，而美国整个聚变研究计划每年也只有2．27亿美元的经费——所以近年来进展的速度放慢了。圣迭戈加利福尼亚大学物理学教授帕特里克·戴蒙德说，“磁约束聚变研究非常有价值，因为它解决了一个能源问题”，但政府并没有把它放在最优先考虑的地位。戴蒙德的研究重点是反应堆等离子体湍流。
控制这种能快速冷却温度达数百万度的等离子体以使其停止聚变反应的湍流，是物理学家所面临的最大挑战之一，也是NSTX研究小组关注的焦点。
可替代煤的生物质压块燃料
近年来，欧美一些国家研制了多种生物质压块燃料，有的是全用生物质挤压成型，有的还掺进低热值化石燃料，如泥炭、褐煤等，以增加密度，提高热效。由于一般生物质原料比较松散，直接燃烧效率低，储运也不方便。有一种添加化石燃料的生物质压块，经过适当的物理化学处理，热压成型，热值可达30000千焦／公斤，燃烧时灰渣也少，烟尘不多，可以用于火电厂代替煤炭，经济效益明显。据国外报道，这样处理生物质过程，在轻度碳化时，还能副产煤气，除补偿生产过程的能耗外，原料本身的热损失约为15％左右，但提高了燃料的档次，总体上是合算的。
纯生物质压块，主要是通过挤压生成的。因为植物细胞中含有大量的本质素，它的结构为苯丙烷型的产体结构，这是一种高分子化合物，在一定的压力的温度下能软化，可把相邻的纤维素等粘结在一起，冷却后就成块状固体燃料。这种纯生物质压块燃料密度大，使挥发物的逸出受到限制，燃烧时间可以较长，氧化过程比较平稳，即俗话说的禁（jìn）烧，特别适合于作家庭炉灶的燃料，也可供采暖和发电用。
制造生物质压块燃料的关键设备是压制成型机，目前主要有螺旋挤压式、活塞冲压式和环模滚压式等几种类型，国内外较常用的螺旋挤压机，这种挤压机耗电多，每千瓦小时的电约能生产10公斤压块燃料。另外，螺杆的材质非常关键，现有国产螺杆的使用寿命均较短，约100小时左右。因此，严重地影响了国内生物质压块燃料的发展。若依靠进口设备，则会加大生产成本。国际上使用压块燃料最多的是美国、德国、意大利和比利时。国内正在试验的有湖南、四川和辽宁等地。
分散的生物质收集和储运都比较困难，所以多半只能就地利用，能源利用效率低，浪费大。近年来，国外已开始发展能源农场，专门从事生物质的培育、种植、采集和加工，把生物质能作为一种商品能源来经营。有的还直接与用户挂勾，例如供给发电厂燃料或自建生物质能发电厂，以供电为最终目的。
氢能的开发利用
氢是一种可燃烧的理想新能源，是世界上仅次于氧的最丰富的元素。它以化合物的形式储于水与化石燃料等物质中，可以通过热解、电解、热化学、光解等方法制取氢。每公斤液氢燃烧的发热值为14．2万焦耳，相当于汽油发热值的24倍，并和空气中的氧化合产生蒸汽，凝结成水及少量氧化氮，不会污染环境，是可以再生和再循环的洁净能源。
氢储存方法有高压气态储存、低温液氢储存、化学储存及金属氢化物储存四种，其中金属氢化物储存系统最有发展前景。
目前，国外对氢能的科技开发研究十分重视，美国、俄国、德国、日本及沙特阿拉伯等国都积极开展氢能研究。随着制氢和储氢技术的成熟，经济可行氢能将应用于航空、航天、火箭、机车、汽车、冶炼、化工、发电等领域。
欧洲将利用核能发展氢能技术：加拿大利用丰富水资源电解水制氢；美国已开始利用太阳能制氢，预计到2020年可规划建成供30万辆燃料电池汽车，使用城市供氢系统。同时在利用核能发展氢能研究上也有新的突破。
日本把氢能利用和国际洁净能源利用技术列为“新日光计划”的主要发展内容。
从世界能源发展的趋势看，预计新世纪制氢技术将和清洁煤转化、核能发电、太阳能发电、风能、水能发电及燃料电池发电形成系统。随着新世纪的来临，氢能的开发与应用可望得到飞速的发展，最终代替燃油在航空和汽车上得到应用。
原子核能的利用技术
原子核能就是某些原子核在外界条件作用下，发生裂变、衰变及聚变作用，并同时释放出巨大的能量。原子核能，主要有裂变能和聚变能。利用这巨大的能量来进行发电的装置，就称为核电站。据统计，1公斤铀－235裂变时放出的能量相当于4500吨原煤燃烧时放出的热量，从综合经济效果看，它既安全又较干净。虽然一次性投资大，但长期看经济上是合算的，所以它的推广普及比较快。核电对弥补能源短缺、协调能源分布不均、缓解交通运输紧张、促进经济发展起着越来越大的作用。
正在研究的是核聚变能。核聚变能是由较轻的原子核（如氘、氚等核）在中子作用下，聚合成较重的氦核时所释放出来的能量，1公斤氘核聚变时放出的能量比相同重量的铀核裂变时放出的能量大4倍之多。但要有控制地利用核聚变能，在技术上难度是比较大的，因为要使两个相同的核电荷聚合，必须克服它们问的静电排斥力，也就是要达到“热核点火”的条件很苛刻。目前人们利用激光和强磁场约束对此研究有了一定进展。几十年来，受控核聚变发电一直是人类探索新能源的尖端课题，因为氘、氚核燃料在海水中储藏量达24．3万亿吨，足够人们用上几百亿年，这项技术一旦成功，势必会带来能源史上一场伟大革命。
造福人类的太阳能利用技术
太阳能是一种取之不尽用之不竭的天然能源。目前世界各国都不同程度制定了“阳光规划”，主要从太阳的热能和太阳光能两方面研究。太阳热能利用已比较普遍，如太阳灶、太阳能热水器、太阳能干燥器等，当然也有国家在研究太阳能锅炉。太阳光发电技术研究进展较快，其原理是利用光电效应将太阳光直接转换成电能，关键技术是提高材料的光电转换效率，经过研究试制发现，各种半导体材料如单晶硅、多晶硅、砷化镓、硫化镉等材料都可制作光电池管。日本利用非晶硅薄膜作光电池管，不但成本降低，转换率也能达到15％左右。随着转换率的提高，其应用范围已从人造卫星等航行器，逐步扩大到作为地面特殊场合的辅助能源，如我国拉不上电网的边远地区，农牧民用电就可采用这项技术。若将来能利用超导材料制成大容量太阳能蓄电装置，就可长时间、无损耗地大量贮存太阳能，从而使太阳能利用得到更快的发展。
人们还在设想发射人造太阳能卫星。把太阳能电池盘送进地球同步轨道，不分四季和昼夜，把太阳光转换成电能，然后经过换能器把电能转换成微波能，从太空中源源不断地向地球表面输送，地球上的接收天线将接收到的微波能再转换成电能，输送到电网。这项技术如能有根本性突破，那将从根本上改变人类利用能源的紧张状况。
能捕获太阳能的“生物”电池
美国亚利桑那州立大学汤姆·穆尔领导的一个研究小组正在名副其实地摹仿大自然：利用“生物”电池而不是电化学电池捕获太阳能。这项计划中利用一种叫做“脂质体”的类似电池的人造结构作为阳光的捕获装置。
“脂质体”实际上是摹仿叶绿体的人造结构，自然界中的光合作用正是通过叶绿体完成的。“脂质体”与实际电池具有同样大的体积，这种系统的核心是分子的三位一体结构：3个分子由化学键连接在一起，其中一个是擅长吸收太阳光子的卟啉分子，卟啉分子一旦受到光的激发，就能把电子传送给三位一体结构中的第二个分子醌分子，醌分子再把电子传给可以在磷脂膜内自由“往返穿梭”的第三个分子。穆尔的研究小组1998年证明，“脂质体”能够产生蛋白质动力，之后，他们又增加了一个关键部位，这个部件能够使“脂质体”利用蛋白质动力推动化学反应，并利用阳光实施化学合成。穆尔的下一个目标是生产NADPH（辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸），NADPH是一个重要的能量储存库，这将是向研制第一片人造树叶迈出的一大步，将来人造树叶能为各种各样的化学反应提供以阳光作为动力的能源。
前景看好的太阳能电池
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳光照在半导体p－n结上，形成新的空穴一电子对。在p－n结电场的作用下，空穴由n区流向p区，电子由p区流向n区，接通电路后就形成电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。太阳能电池按结晶状态可分为结晶系薄膜式和非结晶系薄膜式（以下表为a－）两大类，而前者又分为单结晶形和多结晶形。
按材料可分为硅薄膜形、化合物半导体薄膜形和有机薄膜形，而化合物半导体薄膜形又分为非结晶形一（a－Si：H，a－Si：H：F，a－SiXCel－X：H等）、ⅢV族（CaAs，InP等）、ⅡⅥ族（CdS系）和磷化锌（Zn3P2）等。
“人造地热”的利用
在地热开发利用逐步深入的条件下，以美国为首的科学家提出了开发地下干热岩的构思，也可以说是人造地热的设想。因为地层深部，特别是与火山岩有关的地层，岩石干热，没有含水层，地热无法输出。20世纪70年代初，美国洛斯阿拉莫斯科学实验室开始试验，采用打斜钻井的技术，将钻孔打到3000～4000米的干热岩体上，获得温度250℃以上，并将岩石破碎，由一个钻孔注入冷水，从另一钻孔提取热水，然后通过地面热交换器，即可输出地热加热的水，并用于发电。此项地热开发涉及到一系列高新技术，如深孔斜钻技术，深层热岩破碎技术以及许多耐高温、高强度材料问题等。美国能源部投入了大量科研经费支持继续试验。与此同时，日本、瑞典、英国和德国也开始了此项探索。由于投资大，其他国家尚未列入地热开发议程。但是，干热岩存在的广泛性，将不受现有地热资源分布的局限，无疑，地热开发将具有光明的前景。
一般地下矿藏，包括各种化石能源资源都是不可再生的。但是地热资源是否可以再生？这是一个有争议的问题。有人用断面流量法评估地热资源时发现，有些地热热储常常不断地接受来自更深层热流运移的影响，由于地热开采而加剧从周围带来的热量。因此说地热是可以再生的，并希望通过回灌能增加地热水。当然，即使地热可以再生，它也不会像太阳能、风能等那样明显地再生，地热水的加热可能时间很长，然而对于漫长的地质时间观来说，它还是较短的。这是一个值得探讨的问题。正如我国著名地质学家李四光教授曾经说过的“地球是一个大热库，地下热能的开发与利用，是件大事情，就像人类发现煤炭、石油可以燃烧一样，这是人类历史上开辟的一个新能源库，也是地质工作的一个新领域”。我们相信，这种新能源和新领域必将在新技术的发展中弄得更加清楚，并更好地为人类服务。
利用生物工程开发生物质能