原文出自 Sustainability 期刊：

Holechek, J.L.; Geli, H.M.E.; Sawalhah, M.N.; Valdez, R. A Global Assessment: Can Renewable Energy Replace Fossil Fuels by 2050? Sustainability 2022, 14, 4792.  https://doi.org/10.3390/su14084792

文章导读

气候变化对人类生存造成了一定的威胁。Hatim M. E. Geli团队评估了到2050年化石燃料向可再生能源完全转变的途径，包括可再生能源开发，提高能源效率，加强节能，碳税，平衡人均能源使用，交易制度，碳捕获、利用和储存以及核能发展。

研究内容及结果

1. 方法和数据

该研究分析使用的数据包括最近对全球能源资源和使用的估计，以及社会经济和气候变化指标。人口统计数据来自联合国和Worldometer数据库。包括人均能源消耗在内的社会经济数据来自英国石油公司《2021世界能源统计年鉴》《数据世界——人均能源使用量》。人均国内生产总值数据来自联合国2021年人均国内生产产值报告。关于人类发展和幸福的数据分别来自《2019年联合国人类发展报告》和《2019年世界幸福报告》。

2. 研究结果

2.1. 人口、能源和化石燃料

如图1所示，自1800年以来，世界人口出现了前所未有的增长 (增长了近8倍)，日益依赖化石燃料作为能源已经造成了严重的环境破坏，包括气候变化、资源枯竭、物种灭绝、森林破坏、土壤退化、水污染和城市扩张。扭转这些后果并避免负面反馈影响是人类目前面临的主要挑战。

图1. 19世纪以来全球人口增长；自1820年以来的大气二氧化碳浓度 (ppm)；1960年以来人均GDP (美元)；自1850年以来的异常温度 (℃)。

2.2. 以化石燃料为基础面临的两大挑战：枯竭和气候变化

自20世纪50年代以来，人们已经了解了人口增长、化石燃料枯竭和气候变化之间的相互作用，但几乎没有采取任何措施来防止由于这些相互作用而导致的世界目前面临的经济和环境双重危机。

2.3. 化石燃料向可再生能源转型的难点

2.3.1. 能量密度

化石燃料优于其他能源，因为每单位重量或体积 (密度) 产生大量能量，而且易于运输。石油不可能很容易被电力取代，用于远程运输和运输，这是当今全球化世界的重要组成部分。

2.3.2. 间歇性

由于可在生能源的波动性与间歇性，使得电力供应的轻微中断也可能对电网产生重大影响。间歇性可以通过使用电池进行存储以及将风能和太阳能组合成互补系统来克服。电池存储技术正在迅速发展，可以减少太阳能和风能的间歇性问题。然而，风能和太阳能的电池存储仍然非常昂贵，并且可能受到锂等的限制。

2.3.3. 位置

随着时间的推移，在某种程度上，人口中心可以转向更有效地利用可再生能源。

2.3.4. 交通瓶颈

改造卡车、飞机和轮船以燃烧生物燃料的成本很高。因此，用生物燃料大规模替代石油作为交通运输的燃料来源目前是不可行的。从藻类中提取的生物燃料有希望最终成为一种实用的飞机燃料，但由于种植、收集和干燥的挑战以及资金需求，现在看来是不可行的。

2.3.5. 环境影响

生物燃料，除了造成粮食生产耕地的大量减少外，如果其生产扩大到取代化石燃料作为世界主要能源的水平，将导致土壤侵蚀、土壤养分枯竭 (特别是磷) 和野生动物栖息地的丧失。

2.3.6. 土地可用性

土地可用性可能是风能和太阳能作为化石燃料替代品的主要挑战。

2.4 实现净零排放的潜在途径

通过税收提高能源效率；节能和碳税；平衡人均能源使用；总量控制与交易制度；碳捕获、利用和储存；核能开发。

研究总结

本研究采用英国石油发布的《2021世界能源统计年鉴》作为研究的主要数据库。为了在2050年前实现化石燃料零使用，研究发现，如果能源需求保持在2020年的能源需求水平不变或比2020年增加50%，可再生能源产量将需要增加6倍或8倍。积极实施土地使用和税收的节能政策，到2050年可使世界能源使用减少10%或更多。在各国密切的合作下，到2050年可再生能源取代化石燃料也将成为可能。

Sustainability 期刊介绍

主编：Marc A. Rosen, University of Ontario Institute of Technology, Canada

期刊涉及环境、经济、社会、工程科学等领域的可持续研究。

2022 Impact Factor：3.9

2022 CiteScore：5.8

Time to First Decision：17.7 Days

Time to Publication：41 Days