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在伊朗政府7月宣布将关闭霍尔木兹海峡后，集装箱船被迫停靠在阿拉伯联合酋长国和其他中东国家的港口。图片来源：AFP via Getty Images
叙利亚抗议者因燃料价格焚烧轮胎并封锁道路。法国渔民封锁了一处燃料库并与警方发生冲突。随着利率上升，全球各国政府和家庭预算受到挤压，包括澳大利亚、巴西和印度在内的多个国家，电动汽车销量同比大约翻了一番。
这些只是2月开始的美以对伊朗空袭所带来的众多连锁反应中的一部分。霍尔木兹海峡此前承载着全球约25%的石油贸易和20%的液化天然气出口，其关闭导致全球燃料价格飙升，国际能源署（IEA）称之为“全球石油市场历史上最大的供应中断”。
Nature Spotlight: Energy
由此产生的压力加剧了此前冲击已经带来的经济压力，包括俄乌战争、COVID-19大流行和2008年全球金融危机，以及气候变化的持续影响。伦敦智库皇家联合军种研究所的能源安全研究员Dan Marks表示，当前全球能源安全形势“在各个层面都真的很糟”。“这堪称一场完美风暴。”
寻求改善国家能源安全的各国政府正在采取多种做法——从减少需求和提高电气化的措施，到基础设施更新和鼓励可再生能源投资的激励计划。与此同时，研究人员也在尽自己的一份力量，推动科学技术进步，这些进步有可能带来稳定且可持续的未来能源结构。
什么是能源安全？
人类的能源消费既在增长，也在变化（见“为地球供能”）。1980年至2025年间，全球一次能源——自然界中存在、未经人类任何加工的能源——的使用量增加了一倍多。在此期间，消费量从每年约85,000太瓦时（TWh）增至178,000 TWh。这大约是法国年一次能源消费量的71倍。
随着各行业寻求转向可再生能源，电气化——用电力驱动的替代技术取代燃烧化石燃料的技术——正在许多国家推进。预计到2035年，全球电力需求将比当前水平增加约40%（见“前路”）。尽管如此，许多行业仍然依赖化石燃料。例如，近99%的航空业和超过90%的航运业依赖化石燃料。开采出的天然气有四分之一用于工业建筑供暖，约21%用于全球家庭供暖和烹饪。其余大部分（40%）用于发电。尽管可再生能源在一次能源生产中的份额正在增长，石油、煤炭和天然气仍占能源生产的约80%。
来源：Our World in Data
文章标题：绿色技术能否在动荡世界中保障能源安全？
IEA 将能源安全定义为可靠、负担得起地获取所有燃料和能源来源。Marks 等人强调，各国的优先事项存在差异：在高收入国家，可靠性通常被视为首要问题，而在低收入国家，可负担性则优先。全球燃料供应和价格冲击的影响也因各国对进口化石燃料的依赖程度而异。加州大学伯克利分校的能源经济学家 Severin Borenstein 表示：“并不存在单一的全球能源安全图景，而是有许多因具体情况而异的图景。”
依赖进口石油产品的经济体尤其容易受到当前冲击的影响。联合国下属的世界粮食计划署在3月估计，随着石油和天然气成本上升推高燃料、食品和化肥等其他关键产品的价格，美伊战争可能使额外4500万人陷入严重饥饿，使今年的总数达到3.63亿。Marks 表示：“如果像许多非洲国家那样，人们依赖长途车辆出行和其他进口石油产品，那么油价大幅上涨可能会带来生存性问题。”一些高收入国家也受到严重打击。在日本——冲突前其超过90%的原油从中东进口——家庭电费已升至三年来的最高水平，政府借贷成本也升至30年来的最高点。
相比之下，拥有国内燃料供应的国家则部分免受冲击。尽管美国的汽车用户经历了燃料价格大幅上涨，但该国充足的天然气供应使美国免受严重的经济困难。Borenstein 表示：“在大多数发达自由市场经济体中，并不存在可用性意义上的能源安全问题。存在的是价格和宏观经济问题。一些国家，比如美国，比其他国家安全更有保障。”
来源：IEA，CC BY 4.0
自美伊战争爆发以来，全球油价大幅上涨。全球油价基准布伦特原油期货合约在4月达到每桶126美元——高于冲突前约70美元的水平。这影响了消费者和企业，但影响不如之前的一些能源危机那么大。在赎罪日战争期间，产油国的协调行动导致油价在1973年10月至1974年1月期间上涨了两倍多。而在1978-79年伊朗革命后，油价也上涨了一倍多。
许多经济学家认为，全球经济现在更有能力避免1973年和1979年石油冲击后许多工业化国家出现的通胀飙升、失业和衰退。全球经济的“石油强度”，即以商品和服务形式产生一单位国内生产总值（GDP）所需的石油量，自1970年代以来已下降超过50%。而在1973年石油危机后成立的IEA还要求其32个成员国保持至少相当于90天原油用量的储备，以防范供应冲击。Borenstein 表示：“对大多数发达国家来说，这是一个很大的不便，对某些国家来说则是巨大的预算压力，但这并不是1970年代那种彻底的经济中断。”
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但经济与能源安全方面的挑战预计也会因气候变化而加剧。干旱正变得更加频繁和严重，导致中国、巴西、美国、西班牙和赞比亚等国的水力发电量大幅下降。包括欧洲的莱茵河和多瑙河、南美洲的亚马逊河以及中国的长江在内的河流水位偏低，已造成货运问题。气候变化的其他影响还包括风力发电量减少，以及用于运行空调设备的电力需求增加。
各国政府、政策制定者以及其他致力于应对能源安全挑战的人士有多种选择。例如，通过工业流程和家庭供暖电气化来降低能源需求，尤其是石油和天然气需求，有助于解决这些问题，尤其是在严重依赖进口化石燃料的国家。Marks表示，通过改进储能来管理需求波动，并确保电网能够向更多由可再生能源发电转型，也是整体方案的一部分。
保障供应安全
尽管政府和企业领导人在能源需求管理、电气化和基础设施投资方面可以发挥作用，但研究人员正在推动支持能源安全的科学和技术创新。例如，利用地下热能生产地热能，仅排放少量温室气体，并可用于发电或为建筑供暖。然而，目前地热能在全球发电量中占比不到1%，因为很少有地点同时具备可获取的地下热能、水和渗透性岩石的理想组合。
得益于增强型地热系统（EGS）的进步，这种情况可能会改变。在该系统中，在高温区域扩展或创建地下裂缝，然后泵入流体，将其加热并输送回地表，通常用于驱动涡轮机发电。
自6月中旬以来，由于乌克兰无人机对炼油厂的袭击增加，俄罗斯一直经历燃料危机。图片来源：Contributor/Getty Images News
自20世纪70年代以来，一直有小规模的EGS研究活动，但此后几十年间，得益于从石油和天然气行业借鉴的技术，钻井时间和成本已大幅下降。这些技术包括用加压流体压裂岩石（称为水力压裂）、水平钻井以增加流体与热储层的接触面积，以及使用更坚固、更快速的多晶金刚石复合片钻头。加利福尼亚州斯坦福大学的地热能工程师Roland Horne表示：“新技术的变革性影响怎么估计都不为过。”
这些创新正在推动对大型商业电站的投资。其中最大的项目之一是Fervo Energy在犹他州米尔福德附近运营的Cape Station项目，该项目于9月开始供电，并计划到2028年建成500兆瓦（MW）的发电能力——足以为约50万户美国家庭供电。
然而，仍有障碍需要克服。若干EGS项目因地地震而暂停，地质学家将这些地震与EGS过程产生的地下作用力增加联系起来。2017年，韩国浦项一座EGS电站的水力压裂可能引发了这场导致90人受伤的5.5级地震。已从此类及其他事件中吸取了教训。例如，EGS开发商正在部署传感器网络，以更好地预测地震风险，并采用多级增产技术。这涉及使用加压流体或化学剂，在多个点位依次、更温和地压裂岩石，而不是在较少的点位进行压裂。
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Horne表示，他预计到2027年，EGS的平准化电力成本——即发电厂全生命周期内每单位电力的平均发电成本——将降至每兆瓦时（MWh）80美元这一具有商业竞争力的水平。IEA表示，到2035年这一成本可能降至50美元，并且到2050年地热能可占全球电力供应的8%。
开发更高效太阳能电池的努力也可以帮助各国通过增加可持续的国内电力供应来改善其能源安全。2025年，全球9%的电力来自太阳能，高于2020年的3%。当今的太阳能电池大多基于硅材料，通常能以约20%至24%的效率将光转化为电能。
一名工人在西班牙萨拉戈萨附近的Fuendetodos II太阳能园区检查新安装的太阳能电池板。图片来源：Angel Garcia/Bloomberg via Getty Images
当阳光照射到太阳能电池（即光伏电池）上时，构成其半导体材料内部的电子会被击出，产生电性不平衡，从而形成电压并发电。研究人员目前正在开发使用金属卤化物钙钛矿的下一代太阳能电池，这是一类具有高光吸收和电荷传输能力的晶体化合物。
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doi: https://doi.org/10.1038/d41586-026-03409-0
本文是Nature Spotlight: Energy的一部分，这是一个编辑独立的增刊。广告商对内容没有影响力。
参考文献
- Cetegen, S. A., Gundersen, T. & Barton, P. I. Energy 337, 138469 (2025).Article Google Scholar
Cetegen, S. A., Gundersen, T. & Barton, P. I. Energy 337, 138469 (2025).
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