谷歌RE-C項目反思 創(chuàng)新或?qū)⑹沟媚茉锤锩鼊?chuàng)造性的顛覆

谷歌RE<C項目反思創(chuàng)新或?qū)⑹沟媚茉锤锩鼊?chuàng)造性的顛覆當今的可再生能源技術(shù)無法拯救我們。那什么可以？谷歌創(chuàng)始人拉里?佩奇常喜歡說的一句話是，要解決的問題越難，面臨的競爭便越小。對于谷歌公司而言，這一商業(yè)理念正確無疑，并且催生了一系列引人注目且又成功的“登月（moonshot）”項目：涉及80種語言的翻譯引擎、無人駕駛汽車以及可穿戴式計算機系統(tǒng)“谷歌眼鏡”等等。

自2007年開始，谷歌公司便動用大量資源，致力于解決全球氣候和能源問題。在付出的眾多努力之中，有一部分取得了極大的成功：谷歌公司部署了世界上最具能源效率的數(shù)據(jù)中心，購買了大量的可再生能源，并抵消了該公司的剩余碳足跡。谷歌最為大膽的能源舉措便是名為“RE<C”的項目，該項目旨在開發(fā)發(fā)電成本比燃煤火電廠更低的可再生能源。谷歌曾宣布，將通過投資創(chuàng)業(yè)公司和開展內(nèi)部研發(fā)工作的形式幫助這一頗具前景的技術(shù)迅速成熟起來。RE<C項目的遠大目標是在數(shù)年（而絕非數(shù)十年）之內(nèi)，利用這種可再生能源，以比火電廠低得多的成本使發(fā)電容量達到1千兆瓦。令人遺憾的是，并不是所有的谷歌“登月”項目都能取得成功。2011年，公司認為RE<C項目未能實現(xiàn)預(yù)定目標，因此終止了這一計劃。我們（本文的兩位作者）曾經(jīng)是負責谷歌公司內(nèi)部RE<C項目的工程師，當時就被公司要求重新審查該項目的理論設(shè)想。在RE<C項目伊始，我們像許多堅定的環(huán)境保護論者一樣堅信：隨著當前可再生能源技術(shù)的穩(wěn)步發(fā)展，我們的社會一定能夠避免各種災(zāi)難性的氣候變化。現(xiàn)在，我們已經(jīng)意識到這種希望是不切實際的，但是，這并不意味著我們的地球就注定會滅亡。在對RE<C項目進行反思的時候，我們得出了一個結(jié)論：即使谷歌及其他公司能夠率先大量使用可再生能源，這一轉(zhuǎn)變?nèi)圆蛔阋源蠓鶞p少二氧化碳的排放。僅僅依靠當前的可再生能源技術(shù)應(yīng)對氣候變化是不會奏效的；我們需要采取一種完全不同的方式。因此，我們在此發(fā)出行動倡議。只有全社會都能真正重視問題的實際嚴重程度，并在此基礎(chǔ)上明確該問題的重要性，我們才有希望避免災(zāi)難的發(fā)生。氣候?qū)W家已明確指出，大氣層中二氧化碳的增多構(gòu)成了一個潛在的危險。無論以金錢還是人類的痛苦來衡量，氣候變化都將給下個世紀的人類文明造成重創(chuàng)。為了大幅減少溫室氣體排放，首要目標便是減少能源行業(yè)的排放，因為這個行業(yè)是全球最大且單一的排放源。RE<C項目曾投資了一些大規(guī)模的可再生能源項目，并研究了眾多創(chuàng)新技術(shù)，例如自組裝風(fēng)輪機塔、地熱能源鉆井系統(tǒng)以及收集太陽能作為熱能的太陽熱電系統(tǒng)。對我們而言，設(shè)計和建造新式的能源系統(tǒng)雖然困難，但卻是一項回報巨大的工作。但是，在2011年時，很明顯RE<C項目未能開發(fā)出一種在經(jīng)濟方面可與煤炭相媲美的可再生能源技術(shù)，于是谷歌公司正式終止了這一計劃，并叫停了相關(guān)的內(nèi)部研發(fā)。最終，我們倆被賦予了一項新的挑戰(zhàn)。谷歌公司研究部副總裁阿爾弗雷德?斯佩克特（AlfredSpector）要求我們對該項目進行反思，核查項目所基于的假設(shè)理論，并從其失敗中吸取經(jīng)驗教訓(xùn)。當時，我們手頭上已經(jīng)有一些有用的數(shù)據(jù)。項目叫停同年，谷歌公司曾使用麥肯錫咨詢公司的低碳經(jīng)濟學(xué)工具完成了一項有關(guān)清潔能源創(chuàng)新影響的研究。研究中，最佳案例情形模擬展示了二氧化碳減排的最樂觀假設(shè)，涉及太陽能發(fā)電、風(fēng)電、能源儲存和電動汽車等方面。在這一最佳情形中，美國將能夠大幅降低溫室氣體排放量：2050年的實際排放量將比不采取措施的情況下的預(yù)計排放量低55%。雖然大幅減排肯定是件好事，但這一最佳情形的模擬模型仍然顯示，電力行業(yè)還會大量使用天然氣。這是因為當前的可再生能源會受到相應(yīng)地理條件及自身的間斷發(fā)電特征的限制。例如，風(fēng)電場只有在風(fēng)力強勁且持續(xù)的地方才具有經(jīng)濟意義。此外，研究還顯示，交通、農(nóng)業(yè)和建筑行業(yè)仍將繼續(xù)使用礦物燃料。即使最佳案例情形最終得以實現(xiàn)，試問：這從氣候角度而言是真正的成功嗎？NASA戈達德空間研究所前主任、世界最知名的氣候變化專家之一詹姆斯?漢森（JamesHansen）在2008年發(fā)表的論文中闡述了當前情形的真正嚴重性。在這篇文章中，漢森明確指出了“如果人類希望將地球繼續(xù)維持在那個曾經(jīng)孕育了人類文明且適于各種生物生存的狀態(tài)”，大氣中二氧化碳的合理濃度為多高。他的氣候模型顯示，大氣中的二氧化碳濃度超過百萬分之350（350ppm）時將產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。現(xiàn)在，我們早已超過了這一安全限值。目前的環(huán)境監(jiān)測結(jié)果顯示，二氧化碳的濃度已經(jīng)達到400ppm左右。問題的嚴重性在于，二氧化碳會在大氣層中持續(xù)存在一個多世紀之久；即使我們現(xiàn)在關(guān)閉所有的礦物燃料發(fā)電廠，現(xiàn)有的二氧化碳仍將令地球持續(xù)變暖。我們決定把能源創(chuàng)新研究的最佳案例情形與漢森的氣候模型結(jié)合在一起，檢驗一下在2050年之前減排55%能否讓地球重返二氧化碳濃度低于350ppm的閾值的水平。然而，計算結(jié)果完全事與愿違。即使各項可再生能源技術(shù)都能像設(shè)想的那樣迅速發(fā)展，并能在全球范圍內(nèi)推廣應(yīng)用，大氣二氧化碳濃度也不僅不會保持在350ppm水平，反而還會因為礦物燃料的繼續(xù)使用而呈指數(shù)級增長。因此，即使基于對可再生能源的最樂觀預(yù)測，我們的最佳案例情形也仍然會導(dǎo)致嚴重的氣候變化以及與之相關(guān)的各種可怕后果：氣候帶轉(zhuǎn)移、淡水短缺、海岸侵蝕、海洋酸化等等。我們推測，要逆轉(zhuǎn)這一趨勢既需要廉價零碳能源技術(shù)取得飛速進步，又需要開發(fā)一種能夠從大氣層中提取二氧化碳并進行碳儲存的技術(shù)。這些計算結(jié)果為谷歌的RE<C項目帶來了發(fā)人深省的啟示?，F(xiàn)在，就讓我們假設(shè)RE<C項目已經(jīng)在最大程度上取得了非同凡響的成功，而且我們已經(jīng)找到了能夠逐漸替代世界上所有煤電廠的廉價可再生能源技術(shù)——這種情形基本相當于能源創(chuàng)新研究中的最佳案例情形。即使這一夢想能夠?qū)崿F(xiàn)，仍舊無法解決氣候變化的問題。意識到這一點簡直太令人震驚了：RE<C項目非但未能實現(xiàn)創(chuàng)造出比煤炭更為廉價的能源的目標，即使實現(xiàn)，這一目標也根本不足以逆轉(zhuǎn)氣候變化的大趨勢。這一發(fā)現(xiàn)促使我們重新考慮能源的經(jīng)濟狀況。我們得出結(jié)論，我們真正需要的是可靠且足夠廉價的零碳能源，使發(fā)電廠和各類工業(yè)設(shè)施的運營商出于經(jīng)濟利益考慮，較快地轉(zhuǎn)為使用這種能源——所謂較快，也是指在未來40年之內(nèi)。我們不得不接受的是，企業(yè)并不會單純在利他主義的基礎(chǔ)上作出犧牲，為清潔能源付出更多。相反，我們需要的是能夠迎合他們營利動機的解決方案。RE<C項目所聲稱的目標是制造出比煤炭更加廉價的可再生能源，但很明顯的是，這并不足以推動基礎(chǔ)設(shè)施進行徹底的改頭換面。那么，我們究竟應(yīng)該以何種價格水平為目標呢？以美國一家投入運行數(shù)十年的普通煤炭或天然氣發(fā)電廠為例，其發(fā)電成本相當于每千瓦時4至6美分。設(shè)想一下，什么因素才會促使擁有這家發(fā)電廠的公用設(shè)施公司關(guān)閉發(fā)電廠，并重新建立一家使用零碳能源的替代發(fā)電廠呢？發(fā)電廠主一定會考慮到建立新廠的資本投入以及運營和維護這家新電廠的持續(xù)成本——同時，還需要在低于0.04至0.06美元/千瓦時的發(fā)電成本下盈利。這個目標實在很難實現(xiàn)。但是，困難遠不止于此。盡管大型煤炭發(fā)電廠生產(chǎn)的電能從物理角度來說與屋頂太陽能電池板產(chǎn)生的電能沒什么兩樣，但它們的價值卻不盡相同。在市場上，公用設(shè)施公司所支付的不同電價是由供能的難易程度決定的，提供的電能需要可靠地滿足當?shù)匦枨??？煽焖偕舷抡{(diào)整的“可調(diào)度”電力的市場定價最高。分布式電力，即在離電表較近的位置生成的電能，價值會比較高，原因在于它避免了傳輸和配送過程中的成本和損耗。美國本土的居民用戶購電價格在0.09至0.20美元/千瓦時之間不等，電價的絕大部分用于支付傳輸和配送成本。這個環(huán)節(jié)隱藏著變革的機遇。分布式的可調(diào)度電源可以推動發(fā)電能源的變更，但前提是降低終端用戶的電價，使本地市場售電價格低于0.09至0.20美元/千瓦時這一區(qū)間。在這樣的價格基礎(chǔ)上，零碳系統(tǒng)將會成為經(jīng)濟實惠的不二之選。令人遺憾的是，當前的大部分清潔發(fā)電能源都無法提供分布式且可調(diào)度的電力。例如，雖然每家屋頂上都可以安裝太陽能電池板，但在沒有太陽的時候電池板就無法發(fā)電。如果我們能夠發(fā)明出一種分布式的、可調(diào)度的電力技術(shù)，則有可能使能源市場以及公用設(shè)施機構(gòu)及其客戶的角色發(fā)生改變。規(guī)模較小的市場參與方不僅能夠發(fā)電，還能夠通過以實時價格與其他參與方進行能源買賣而獲利。小型運營商所擁有的基礎(chǔ)設(shè)施遠遠少于公用設(shè)施公司，但具有強勁的冒險精神，因此也許會更加自由地進行各種嘗試，并且能夠以更快的速度取得寶貴的創(chuàng)新成果。同樣，我們需要競爭性能源為肥料廠、水泥制造商等工業(yè)設(shè)施提供電力。一家水泥公司決不會輕易嘗試采用任何新技術(shù)為干燥爐加熱，除非這種技術(shù)能夠省錢，提高利潤。總的來說，我們需要的是不依靠補貼或政府法規(guī)（對使用礦物燃料進行懲處）的解決方案。當然，任何能夠提高礦物燃料使用成本的措施，無論是設(shè)定污染限度還是直接對碳排放征稅，都有助于提高能源技術(shù)的本地競爭。但是企業(yè)或許會將制造部門（及其排放）轉(zhuǎn)移到其他地方。因此，我們不應(yīng)該只依靠政治家的高遠理想推動轉(zhuǎn)變，更加保險的做法是憑借企業(yè)的自身利益，換句話說就是企業(yè)的底線。在電力行業(yè)，這條底線就是發(fā)電成本和電價之間的差價。僅就美國而言，我們的目標是在未來40年內(nèi)更換掉裝機容量為1太瓦的發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施。如果沒有高利潤率的突破性能源技術(shù)，這一目標就不可能實現(xiàn)。補貼措施在最初可能會有幫助，但只有私營部門和活躍投資者們的參與才能促成新技術(shù)的快速采用。同時，每一年的利潤必須在足以令投資者滿意的同時又能為下一年的資本投資提供資金。伴隨新技術(shù)部署的指數(shù)級發(fā)展，發(fā)電企業(yè)將能在2040年之前實現(xiàn)每年更換30千兆瓦裝機容量的目標。在能源革命進行的同時，另一個領(lǐng)域也需要取得進步。正如漢森所指出的，即使所有發(fā)電廠和工業(yè)設(shè)施都立刻轉(zhuǎn)為使用零碳能源，我們的大氣層中仍存有破壞性數(shù)量的二氧化碳。要讓大氣層中的二氧化碳濃度回歸正常水平需要若干世紀的時間，也就是說，全球變暖和不穩(wěn)定的狀態(tài)還要持續(xù)數(shù)世紀之久。漢森的模型顯示，為了將二氧化碳濃度降到安全水平以下，我們不僅要盡快停止排放二氧化碳，還要采取積極措施從空氣中移除二氧化碳，并進行穩(wěn)定形式的碳儲存。漢森建議通過重新造林實現(xiàn)碳匯。我們要全力支持種植更多樹木，同時也要敦促科學(xué)家和工程人員積極尋求碳儲存的顛覆性技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)的逐步發(fā)展和進步根本不足以解決問題；我們需要的是能夠在真正意義上徹底逆轉(zhuǎn)氣候變化趨勢的技術(shù)和手段。那么，究竟什么樣的能源技術(shù)才能夠?qū)崿F(xiàn)頗具挑戰(zhàn)性的成本目標呢？如何從空氣中移除二氧化碳？很遺憾，我們現(xiàn)在還沒有答案。這些技術(shù)還沒有發(fā)明出來。但是，我們卻可以為實現(xiàn)能源行業(yè)創(chuàng)新獻計獻策，從而促成這些突破性的發(fā)明。首先讓我們了解一下谷歌公司的創(chuàng)新方式，這一創(chuàng)新方式可以被歸納為70-20-10規(guī)則。該規(guī)則深得谷歌執(zhí)行主席埃里克?施密特（EricSchmidt）的擁護和支持。該規(guī)則建議，70%的雇員時間應(yīng)該用于完成核心業(yè)務(wù)任務(wù)，20%用于與核心業(yè)務(wù)相關(guān)的編外項目，而最后的10%則留給有潛力帶來真正顛覆性成果的奇思妙想。如果政府和能源公司在其技術(shù)研發(fā)投資方面也采用類似的方式，那豈不是很棒？其結(jié)果可能就像谷歌公司一樣，以最快的速度實現(xiàn)能源創(chuàng)新。采用70-20-10規(guī)則將能夠帶來多種項目的投資組合。絕大部分的研發(fā)資源將投入現(xiàn)有的且行業(yè)了解該如何建立并有利部署的能源技術(shù)。這些技術(shù)可能根本無法使我們免遭氣候變化，但卻可以降低這一亟待解決的問題的難度。另外20%的研發(fā)資源可用于各類有望具備經(jīng)濟可行性的尖端技術(shù)。最為關(guān)鍵的是，最后10%的研發(fā)資源可以投向那些看似瘋狂但卻有可能產(chǎn)生深遠影響的創(chuàng)意。我們的社會需要為科學(xué)家和工程人員提供充裕的資金，供他們不斷提出和測試新的創(chuàng)意，雖有可能很快失敗，但卻可以分享他們的經(jīng)驗教訓(xùn)。當前的能源創(chuàng)新周期仍以數(shù)十年計，究其原因，在很大程度上是因為投入決定性研發(fā)工作的資金實在少得可憐。我們現(xiàn)在并不是要預(yù)測這一“堪當大任”的技術(shù)究竟是什么樣子，但首先它的成本需要遠遠低于礦物能源系統(tǒng)。例如，一套顛覆性的發(fā)電系統(tǒng)將不會利用煮沸開水這種方式來驅(qū)動傳統(tǒng)的蒸汽渦輪。上述這類過程增加了資本和運營費用，而且如果新的能源技術(shù)仍大量使用現(xiàn)有流程，就很難想象其如何才能以遠低于現(xiàn)有燃煤電廠的成本發(fā)電。舉例來說，一項顛覆性的聚變技術(shù)也許根本不需要蒸汽就可以生產(chǎn)出能直接轉(zhuǎn)化為電的高能帶電粒子。對于工業(yè)設(shè)施而言，也許成本低廉的合成甲烷便可以取代傳統(tǒng)的天然氣。或許將來會出現(xiàn)一項完全顛覆現(xiàn)有市場經(jīng)濟規(guī)則的技術(shù)，在發(fā)電的同時又能生產(chǎn)出肥料、燃料或淡水。在碳儲存方面，生物工程人員也許會培育出一種特殊用途的莊稼，吸走空氣中的二氧化碳然后將碳儲存在土壤之中。毫無疑問，如果人類的想象力以及科學(xué)和工程學(xué)能夠自由發(fā)展，各種不可預(yù)知的發(fā)明創(chuàng)造均有可能實現(xiàn)。并且，未來一定會有多種途徑將大氣層中的二氧化碳濃度降至漢森提到的安全等級。我們非常高興谷歌公司嘗試了RE<C這一宏偉舉措，也為能夠成為項目的一份子而驕傲不已。我們意識到這一舉措其實還遠遠不夠，地球需要的是真正顛覆性的技術(shù)，當然這樣說純粹是事后諸葛亮。當今的可再生能源技術(shù)遠遠不能滿足逆轉(zhuǎn)氣候變化趨勢的需要。幸運的是，各種新的發(fā)現(xiàn)正在改變我們對于物理學(xué)、納米技術(shù)和生物學(xué)的傳統(tǒng)看法。雖然人類正在面臨氣候變化的嚴重威脅，但如果研究人員朝著看似無法實現(xiàn)的目標努力，我們?nèi)钥梢员苊鉃?zāi)難的發(fā)生。我們始終