根据斯坦福大学研究员MarkZ.Jacobson合着的一项新研究，我们可以通过将世界转变为清洁，可再生能源和放弃化石燃料来实现这一切。

“根据我们的调查结果，将整个世界转变为清洁的可再生能源没有任何技术或经济障碍，”土木与环境工程教授雅各布森说。“这是一个我们是否具有社会和政治意愿的问题。”

他和加州大学戴维斯分校的MarkDelucchi在能源政策方面撰写了一篇由两部分组成的论文，其中他们使用他们开发的计划评估转换地球的成本，技术和材料要求。

他们想象的世界将主要依靠电力。他们的计划要求使用风能，水能和太阳能来发电，风能和太阳能提供90%的所需能源。

地热和水力发电将各自贡献约4%的计划(70%的水力发电已经到位)，其余2%来自波浪和潮汐发电。

车辆，船舶和火车将由电力和氢燃料电池提供动力。飞机将使用液态氢。房屋将被冷却并用电加热器加热-不再使用天然气或煤-而且水会被太阳预热。

商业过程将由电和氢提供动力。在所有情况下，氢气都将由电力产生。因此，风，水和太阳将为世界提供动力。

研究人员接着进行了转换，其目标是到2030年，所有新能源都将来自风能，水能和太阳能，到2050年，所有已有的能源生产也将被转换。

“为了所有目的，我们想要量化什么是必要的，以便在20到40年内用一个真正清洁和可持续的能源基础设施来替换所有当前的能源基础设施，”雅各布森说。

该计划的一个好处是，它将世界能源需求减少了30%，因为它涉及将燃烧过程转换为电或氢燃料电池过程。电力比燃烧效率高得多。

所需的电力减少，以及因消除化石燃料而减少空气污染所节省的数百万人的生命，将有助于降低转换成本。

“当你真正考虑到当前燃料结构的所有社会成本-包括医疗成本时，我们计划的成本与我们今天的成本相当，”雅各布森说。

风能和太阳能的最大障碍之一是两者都变化很大，这使人怀疑是否有任何一个来源足够可靠以提供“基本负荷”能量，这是客户必须获得的最小能量。一天中的一小时。

雅各布森说，可以克服变化。

“最重要的是将可再生能源结合在一起，”他说。“如果将它们合并为一种商品并使用水电来填补空白，那么匹配需求就容易得多。”

雅各布森说，风能和太阳能是相辅相成的，因为风在夜间经常达到峰​​值，而白天的阳光则达到峰值。与我们目前的基础设施一样，利用水力发电填补空白，可以在大多数情况下通过供应精确满足需求。其他可再生能源如地热和潮汐能也可用于补充风能和太阳能来源。

“确保供应与需求相匹配的最有前景的方法之一是使用长距离传输连接广泛分散的地点，”Delucchi说。即使某一天某个地区的风力或太阳能发电条件很差，几百英里外的风也可能会持续吹来，阳光也会照射。

“通过百分之百的风，水和太阳能系统，你无法使用正常的方法来匹配供需。你必须拥有人们称之为超级网格，长途传输和真正良好的管理，”他说。

另一种满足需求的方法可能需要建立一个更大的可再生能源基础设施，以满足高峰时段的需求，并利用非工作时间的多余电力为工业和运输部门生产氢气。

使用定价来控制峰值需求，现在使用的工具也会有所帮助。

Jacobson和Delucchi评估了他们的计划是否可能会遇到构建所有涡轮机，太阳能集热器和其他设备所需材料数量的问题。

他们发现即使是铂金和稀土金属等材料，也是最明显的潜在供应瓶颈，也可以提供足够数量的材料。回收可以有效地扩大供应。

“对于太阳能电池，有不同的材料，但有很多选择，如果一个变短，你可以切换，”雅各布森说。“风能的主要材料是混凝土和钢材，这些材料并不缺乏。”

Jacobson和Delucchi计算了实施其计划所需的风力涡轮机数量，以及太阳能发电厂，屋顶光伏电池，地热，水电，潮汐和波浪能装置的数量。

他们发现，为了所有目的，风力，水力和太阳能资源为全世界100%的电力供电，所需占地面积约为世界土地的0.4%(主要是太阳能足迹)，而且装置间的间距是世界土地的另外0.6%。(主要是风力涡轮机间距)，雅各布森说。

风力发电的一个批评是风力发电场需要大量的土地，因为风车之间需要间隔以防止来自一个涡轮机的湍流干扰另一个涡轮机。

“风力涡轮机之间的大部分土地可用于其他用途，例如牧场或耕作，”雅各布森说。“风力涡轮机为世界一半的能源供电所需的实际足迹小于曼哈顿的面积。”如果有一半的风电场位于海上，那么单个曼哈顿就足够了。

雅各布森说，大约1%的风力涡轮机已经到位，而太阳能发电的比例则较低。

“这确实涉及大规模的转型，”他说。“这需要与阿波罗登月项目或建造州际高速公路系统相媲美的努力。”

“但有可能，甚至不必去新技术，”雅各布森说。“我们真的需要集体决定这是我们想要成为一个社会的方向。”

雅各布森是斯坦福大气能源项目的负责人，也是斯坦福大学伍兹环境研究所和Precourt能源研究所的高级研究员。