未来将要求我们对我们生产和消耗电力的方式做出一些重大改变。
无论我们喜欢与否，气候变化都在发生，而转向更清洁的能源是我们能够避免变得更糟的主要方式。
无论如何，我们最终会耗尽化石燃料。
这就是为什么工程师正在寻找方法来扩展一些不依赖化石燃料的现有能源，甚至可能找到全新的资源。
有各种有希望的候选人 - 从核聚变到普通的老氢到大便。
[主题音乐]
至少在过去的4.5亿年中，另一种生活方式是从太阳中收获所需的一切，而不会对地球造成任何伤害。
我在谈论植物。
植物细胞中的叶绿素吸收光，利用其能量将二氧化碳与水结合产生葡萄糖和氧气。
这是光合作用。
从大气中消除一些二氧化碳并产生我们呼吸的氧气已经非常好了，但这还有另一个有用的方面。
当植物储存一些葡萄糖时，它也储存化学能。
在有能量的地方，有一位工程师会找到一种方法来使用它。
生物质能是一种能量，它依赖于燃烧生物物质，如植物，直接或通过将它们加工成燃料。
当它燃烧时，存储在植物物质中的化学能转化为热量。
与我们提到的许多其他能源一样，热量将水变成蒸汽，而蒸汽又可以在涡轮机上工作;
换句话说，它驱动一个热力发动机。
然后，发电机将涡轮机的运动转换为电力。
大约一半的生物质能源是通过直接燃烧植物物质来提供的，人类在需要电力之前就已经做了很长时间。
木材燃烧炉可以让你的房子在冬天保持温暖，或者它可以用作其他东西的热源 - 例如，烹饪比萨饼。
在较大规模上，木材加工留下的废木材或人类产生的废料以及食物垃圾可以更直接地在发电厂中燃烧。
生物质能源的另一半大部分来自将生物物质加工成沼气或生物燃料。
通过制浆和化学处理来自作物和其他植物物质的生物质，
被称为酶的特殊蛋白质更容易化学分解成更容易使用的燃料来源。
这方面的一个例子是我们的老朋友乙醇 - 你也可以在饮料中找到的酒精类型。
乙醇是由分解作物如小麦或玉米的酶产生的。
然后可将其转化为适合燃烧的液体燃料。
但它不仅仅是我们从中提取能量的植物！
由于某些类型的农业废弃物，如粪肥，腐烂，它们可以释放所谓的沼气。
这些是像甲烷这样的气体，可以作为燃料来源燃烧。
沼气生产还有另一个小因素：人类的浪费。
当我说工程师会找到一种从一切中获取能量的方法时，我就意味着一切。
生物燃料已经被广泛使用。
在巴西，每生产5辆汽车中就有4辆拥有能够燃烧普通汽油和生物乙醇的混合动力发动机。
需要明确的是，燃烧的生物质燃料确实会将二氧化碳释放到大气中，就像化石燃料一样。
但是，因为在光合作用过程中从大气中捕获了几乎相等数量的二氧化碳来储存化学能，
在平衡的事物上，生物质能源就是所谓的碳中性。
我们还可以生产更多的植物，这使得生物质比化石燃料更具可再生性。
但考虑到植物在生长过程中会吸收二氧化碳，你可以说我们不应该只是通过燃烧来释放它们。
将生物质加工成生物燃料通常需要一定量的能量输入，间接释放更多的二氧化碳。
人类已经使用了地球上所有二氧化碳吸收植物物质的三分之一。
对某些生态系统而言，摧毁更多这些植物以释放能量可能是灾难性的。
即使我们可以种植更多植物，我们也必须在种植粮食或提供能源之间权衡土地，水和化学资源的使用。
对所有这些资源的需求已经很高，并且预计将继续快速增长。
与任何其他电力系统一样，工程师可以更好地利用现有的电力系统，
比如改进那些燃烧普通汽油和生物燃料的混合动力发动机的设计。
我们也可以使用不同的生物质来源，如藻类，或者找到更有效的化学反应来将生物质加工成燃料。
这可能会解开新的，更可持续的方式，将生物质用于电力。
但是还有其他未来的电源在消耗时不释放任何二氧化碳。
虽然我们会看到，但这并不意味着它们是碳中性的！
氢是宇宙中最丰富的元素，这使得在地球上很少发现纯氢非常令人惊讶。
它由单个质子和电子组成，如果你可以生产它，它就是非常适合命名的氢燃料电池的完美燃料来源。
这种燃料电池使用氢和氧之间的化学反应来直接产生电能。
而这种反应的唯一其他副产品是水。
比二氧化碳好多了。
但是，这是一个相当大的问题。
如果地球上没有天然产生氢气，你怎么得到它？
您可以使用称为电解的过程将水化学分离成氢气和氧气，然后储存氢气。
除此之外，进行电解使用能量。
实际上，生产氢燃料需要比在燃料电池中使用更多的能量来生产。
效率方面，这不是很好。
但是有充分的理由认为氢燃料电池在你的发电生产库中。
对于初学者来说，由于氢是最轻的元素，氢燃料非常轻，这使得它非常适合运输，就像航天器一样。
与太阳能供电设备不同，如果您准备好氢燃料，燃料电池不需要像电池一样充电。
所以它们非常适合像叉车这样的室内车辆，在那里释放大量的烟雾可能会有问题，
但你也需要连续使用它们，这使得电池不太实用。
最后，如果我们能够在阳光充足的日子里通过太阳能提供的剩余能量通过电解有效地生产氢燃料，
氢燃料可以为我们提供碳中和的蓄电方式。
在更大的范围内，有一个你已经听说过的已经用于提供大量能源的电力生产过程 - 在美国占10％ -
释放相对微量的二氧化碳：核裂变。
在裂变中，原子分裂为两个，在此过程中释放出大量能量。
与大多数可再生能源相比，核电释放的温室气体数量甚至更少。
但不要被愚弄，这是一种不可再生的能源！
核裂变中使用的主要燃料，即2-3-5铀，是一种有限的资源，必须从地下开采和净化，就像化石燃料一样。
我们从铀中获取能量的方式是将铀棒彼此平行组装并建立连锁反应。
铀原子的核或核由质子和中子组成。
如果快速移动的中子以恰当的能量撞击铀原子，它可以将铀分成两部分。
铀分裂成其他元素的原子，如氪和钡。
但是来自原子核的三个中子会飞走，携带一些能量。
那些中子然后可以与另一个铀原子碰撞，导致裂变，释放出更多的中子，等等。
同时，分裂原子的级联发出伽马辐射和热量，加热反应器。
因此，裂变将核反应堆变成发电厂的热源。
不幸的是，一旦你用完棒中所有有用的铀，你就会遗留下核能的最大挫折：核废料。
核废料由放射性物质组成，这些物质会释放高能粒子，对包括人类在内的任何生物都是极其危险的。
安全地处理它是核工程师可以帮助的问题。
他们还设计核电站，以小心控制裂变，以阻止它变成一个失控的过程。
如果发生这种情况，可能会导致像切尔诺贝利或福岛事件那样的灾难。
至于核废料，核工程师的目标是尽可能安全地处理核废料。
大多数时候，用过的铀棒被放入厚厚的钢制容器中，埋在远离任何人的深埋地下拱顶中，
或保存在核电站附近的坦克中。
这些解决方案都不是理想的，工程师可能会在未来找到更好的方法来解决问题。
但如果我们能够找到一种产生核能的方法，那就更好了，因为核能根本就不会产生放射性燃料。
这是核聚变的来源。
这是在太阳下发生的能量释放过程。
很自然地，让它在地球上发生是许多工程师正在研究的事情！
事实上，美国国家工程师学会已宣布从融合中提供能源的目标是21世纪的重大挑战之一，
除了我们上次谈到的改进太阳能之外。
从融合中提供能量的主要挫折是原子需要融合的大量热量和压力。
如果没有太阳的重力，核物理学家和工程师必须设计一些世界上最强大的磁铁来容纳等离子体：
由离子或带电荷的原子组成的极热的气体。
不幸的是，磁铁需要能量来操作，因此融合必须提供比磁铁消耗更多的功率才能使其有用。
而且我们还没弄清楚如何做到这一点。
2018年，英国的一个试验反应堆宣布他们已经达到了1500万摄氏度的等离子体温度 - 在通往可持续聚变反应的道路上。
目前正在法国南部建造的是世界上最大的聚变工厂，名为ITER。
该设计仍处于试验阶段，但希望它能够提供首个自持式融合过程，能够产生比磁铁消耗更多的功率。
工程师已经通过设计更高效的磁铁并为ITER本身的设计做出贡献而为此做出了贡献。
但如果融合最终成为一种合适的动力源，他们还有很多工作要做，以扩大规模以供更广泛的使用。
在我们上次谈到的太阳能和风能等来源之间，
而像核聚变这样欠发达的技术，我们可以通过许多不同的方式来改变不太依赖化石燃料的世界的能源未来。
无论如何，我们都需要一个新的电力基础设施来支持未来更清洁的能源世界。
那个未来的基础设施将由工程师建造。
在这一集中，我们研究了替代能源。
我们看到生物质如何作为燃料来源燃烧，如何在燃料电池中使用氢来产生电能，
以及核裂变如何为电网提供电力。
最后，我们看到核聚变有朝一日会如何在没有任何放射性废物的情况下做同样的事情。
下次，当我们查看储能和电池时，我们将研究储存所有电力的方法。
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