替代能源来源于那些可更行的、不会耗尽自然资源或者不会破坏环境、并可替代化石燃料（比如煤炭，天然气和石油）的资源。用来发电和供热的替代能源来源于流水，太阳，风，地热能以及厌气消化产生的沼气。鉴于全球大部分地区面临的能源危机问题，替代能源无疑会成为科学传播领域中一个更加重要的领域。

可再生能源可以短期储存并且不会消失。绿色能源——可再生能源的一个子集——是一个可以最大程度保护环境的清洁技术。比起传统发电技术来说，可以产生电力的绿色能源对环境的影响较小，并且不会产生人为因素引起的温室气体排放。棕色能源——不可再生的或者产生污染的能源——通常通过水的消耗而产生；它需要采矿，钻探和萃取；或者在燃烧过程中会排放温室气体和空气污染物。对于核能的分类还处于辩论中，因为它不排放温室气体，但是也需要采矿，萃取，并且会有长期的辐射废料产生。

对石油价格的飙升，全球能源安全以及温室气体影响的担心促进了多种可再生能源工业的发展。到2007年中期，140多个可再生能源公司的投资超过1000亿美元。主要商业活动包括表示可再生能源产生的一千度电能的绿色标签，以及美国绿色建筑委员会的LEED绿色建筑评级系统。

过去一个世纪里，可再生能源的商业化主要包括涉及到三代技术的产生。已经在经济上具有了很高竞争性的第一代技术包括生物能，水力发电以及地热和地热电力。市场成熟且正在研发的第二代技术包括太阳能加热，光伏（PVs）以及生物能的新形式。还需要继续付出努力去研究和发展的第三代技术包括高级生物质气化，生物精炼技术，太阳能热发电厂，岩石热传导发电和海洋能。

用来表示一种能源技术效率的净能量分析对一种技术为社会带来的能量总量和发现、萃取、生产、传送以及能量形式的升级所消耗的能量进行了对比。能源投资收益率是一个净能测量的方法，它是传送的能源与能源费用的比率。另外一个方法就是生命周期成本分析，它比较了产生的电能与生产，传送，建造，操作和技术生命周期其他阶段所需要的能量总量。

太阳能

太阳每个小时向地球传输的能量相当于人类每年消耗的能量总量。20天阳光照射产生的能量等于全球储存的可用的煤炭，石油和天然气能量的总和。通过被动式太阳能供暖人们可以利用太阳能，屋顶的太阳能电池板可以把阳光转变为电能，大型的太阳能装置还利用太阳的热量来产生蒸汽。

光伏板通过薄的多晶硅薄膜把阳关转变为电能。太阳能电池阵（一系列光伏板）产生的电能取决于天气条件，太阳的位置以及电池阵的容量。在不达到最佳标准的条件下，太阳能可以通过熔盐进行储存，熔盐造价很低并且可以有效地传到热量。薄的纳米板，其价格相当于传统光伏板的一半，有希望在2010年被大规模采用。每个光伏模块的平均价格在1975年是每瓦特100美元；到2010年其价格有望下降到每瓦特2美元。

从2002年以来，光伏产品每年大概增加了50%。虽然太阳能利用是全球增长最迅速的能源技术，但是在2007年其产生的电能只占美国全部电能的0.05%，全球全部电能的0.66%前五个利用光伏发电的国家和地区是日本，中国，德国，台湾和美国。虽然德国是安装太阳能电厂最多的国家，但是美国可用的太阳能总量远远超越德国，这是因为德国一年中大概有三分之二的时间都是多云的。

太阳能车是通过安装在车辆表面的电池板把太阳能转变为电能的电动汽车的一个典型。大多数太阳能车都是为了竞赛而生产的。然而，市场上现在也可以买到安装在车辆顶棚用来发电的小型光伏板，它每天产生的可再生电能可以让车辆行驶50英里。纯电动汽车可以被设计成适合安装太阳能电池的模式，并且当它停在阳光下的时候可以进行充电。

另外一个对太阳能的实验性应用包括太阳塔，太阳能水池，热偶发电器，太阳能热化学过程，光电化学板以及太阳能跟踪器。太阳塔是一个大型的温室，里面的空气被阳光加热，涡轮把膨胀的空气转变成电能。太阳能水池是一个收集和储存太阳能的咸水池塘。把不同温度的不同物质转变为电流的太阳能热偶发电器已经被用在了为深空探测提供能量方面。

热化学和光电化学过程利用太阳能引发的化学反应来产生可以存贮和传送的燃料。比如，利用太阳能加热集中器产生的氢燃料可以促使天然气的蒸汽重组，并且还可以利用密集的阳光来分解氧化锌。由浸泡在电解质中的半导体组成的光电化学板利用阳光来促进化学反应，比如电解。

追踪光伏系统利用对太阳运动发生反应的低沸点液体的运动引起的不平衡性而发生作用。该系统产生的电能要比固定倾斜的光伏系统产生的电能多25%。其中一种设备就是轻磨，一个含有加载在纺锤体上的一系列风向标的玻璃罩。当吸收到光的时候，阴边就会变得热起来，同时阳面则把光反射回去并保持低温。气体从热的一面移动到冷的一面引起风向标转动。

被动式太阳能方法在不利用光伏板，其他积极的机械系统或者其他能源的情况下，把阳光转化为低级能量。这些技术把阳光转变为可用的热能，促进空气流通以实现通风或者保存热能。被动式太阳能技术包括空间加热、水加热和热质量的直接的或者间接的太阳能增益，以及控制室内温度的相变材料，加强厨房、炉子和烟囱的自然通风，地球掩护和日光浴室。对太阳运动发生反应的遮阳系统被用在建筑物中，来最大化冬天自然光的覆盖率以及降低刺眼的眩光和冷却负荷。

风能

风力发电是用风力涡轮把风能转变为电能。大多数风能都用来发电，虽然风车也被用来磨谷物后者抽水。单个涡轮可以给一个地区提供电力，但是大型的风力农场都和电网连接在一起。虽然风力发电的成本较低，但是各地的风力则差异巨大。大多数风能都是在稍纵即逝的风速极高的时候产生的。相比于火力发电厂，风能的产出是不连贯的，而且风力的使用需要后备发电机。反对安装风力涡轮的一个常见的抱怨就是这会给鱼类，蝙蝠和鸟类的生存带来威胁，虽然涡轮杀死的动物数量远远少于人类其他行为引起的动物死亡。到2008年，风力发电占到全球电能的1%，这个数目是2000年到2007年风力发电数目的五倍。风能可能占到美国能量消耗的20%。

地热能

地热是通过地表下储存的或者从大气中或者海洋中吸收的热量产生的能量。地热的商业化应用已经有70多年的历史了。最容易获取的地热资源就是接近地表的天然温泉。这些区域主要位于美国，中美洲，印尼，东非和菲律宾。在大多数地区，岩石热传导这个新的技术利用在地表几英里以下发现的高温岩石来产生地热。

高压水通过钻孔降压，并从高温岩石的缝隙中穿过并促使其从另外一个钻孔中流出。利用蒸汽涡轮或者电站系统把过热的水转变为电能。冷却水然后被回灌倒地下从新加热。地热电站不受环境条件的影响并能持续不断地运作，但是它们可能会引起小型地震。在2007年，地热提供的能源占全球能源总数的1%。然而，利用高温岩石开采技术开采的全球潜在的可萃取的地热能源可以供全球使用几千年。地表以下33000英尺范围内储存的地热能源总量是全球石油和天然气总量的5万倍。

另外一个地热技术是地源热泵，它是一个位于地表以下几英尺的供暖和空调系统，它可以在冬天捕获可利用的热能并在夏季把这些热能传回地表。这个技术也被称为地理交换系统或者地源热泵，每个区域都可以采用这项技术。虽然安装地源热泵的费用可能是传统供热系统的2倍，但是它可以降低35%到70%的供热和冷却费用。

生物燃料

生物燃料来源于生物量，即以化学能的方式存储日光的有机物。生产生物燃料为城市垃圾、农业垃圾和工业垃圾提供了一个处置方法。生物燃料来自于粪便，可降解的垃圾以及活体或者近期死亡的生物材料。普通的植物材料包括玉米，大豆，废木，细条芦笋，作物残渣，秸秆，麻，柳树，甘蔗和棕榈。虽然生物燃料向大气中排放的二氧化碳数量和化石燃料一样，但是这些排放物被认为是碳中和的，因为生物燃料在生长的过程中吸收了大气中的二氧化碳。虽然美国的生物能源工业产生的电能只占美国电能总量的0.5%，但是这些生物能源已经避免了因燃耗化石燃料而向大气中排放110万吨二氧化碳。

生物能源处理方法包括腐烂生物的厌气消化来生产甲烷，发酵和蒸馏来生产乙醇，真空状态下加热有机废物来生产可燃气体，生物能源的临氢气化来生产甲烷和乙烷，用高温高压的一氧化碳和蒸汽对生物能源加氢转化来生产燃油，对高纤维的有机废物进行分解蒸馏来生产乙醇以及对废木进行酸催化来生产和蒸馏糖分。

用来生产生物能源的能源作物收割和维护的成本都较低。燃料乙醇能相对容易地从普通作物中生产出来，比如甘蔗和玉米。设计出了可以用混合85%乙醇燃油的灵活的燃料汽车，卡车和小型面包车。驾驶这种汽车的消费者可以根据价格和可用性来选择使用何种燃料。和地面作物相比，每公顷藻类产生的能量是地面作物的30倍。如果藻类燃料取代美国所有的石油燃料，它需要15000平方英里的土地，这比美国2000年种植玉米的面积减少1/7。

产于木头，草类或者植物不可食用部分的纤维素乙醇和其他途径生产的乙醇在化学特性方面是一样的。作为玉米乙醇的一个可选替代品，纤维素乙醇可以利用丰富且多样的原料进行生产。和新配方的汽油相比，纤维素乙醇可以降低85%的温室气体排放，而如果利用天然气来为玉米乙醇的生产提供能量，那么玉米乙醇的生产和使用根本不会减少温室气体排放。纤维素乙醇需要进行更多的处理以使得微生物和发酵过程中的糖分更具有可用性。

产于氢氧化钠或者乙醇与石油混合物的生物柴油可以利用油菜、大豆、芥末、业麻、向日葵、麻以及植物油肥料、动物脂肪和下水道中生长的藻类进行生产。任何柴油发动机都可以利用生物柴油与矿物燃油的混合物。从2004年到2005年，美国消耗的生物柴油数量增加了3倍多，而到2006底则增加了4倍，其消费总数超过了10亿加仑。

电动汽车

混合动力汽车在20世纪90年代被广泛地使用，该类型的汽车利用传统的推进系统和车载的充电储能系统的组合来提升燃料的效率。它们通常利用有小电机的小型且多速的内燃机，并且通过再生制动来延长蓄电池充电。很多在怠速时会关闭并且在需要时会重启。混合动力汽车的类型包括电动内燃机，气体力学，燃料电池，液压机械，人/环境混合动力。气动混合利用车载的空气压缩机来牵动活塞，在有热交换器的维修站或者把汽车的插头插入家庭电源几个小时后，汽车就被充满电。人/环境混合动力的一个例子就是电动自行车，太阳能电动车，以及利用车载光伏板、网格充电电池或者踏板提供能源的第三代混合动力车。

燃料电池利用氢燃料和空气中的氧气发生反应来产生电能和热量，而不产生二氧化碳。燃料与电解质中的氧化剂发生化学反应。通过催化作用，燃料电池发生作用，把燃料中的电子和质子分开并且促使电子在电路中流通从而把它们转变为电能。燃料电池是压缩的，且质量较轻，没有运转部件，且十分可靠。燃料电池可以持续工作，只要有必需的电流。氢气燃料电池的燃料是氢气，而催化剂是氧气。氢气产生的能量的电化学萃取效率不高，是因为它需要给水中或者碳氢燃料中添加大量的能量。氢气和用来产生氢气的能源一样清洁。虽然氢气燃料电池所产生的废物只有水和热量，但是在生产氢气的过程中也会造成污染，因为氢气的产生通常需要燃烧汽油或者天然气。混合动力汽车到2050年将会占到市场上所有汽车数量的1/3，只要氢气和燃料电池的价格能够大幅度下调并且实行有效的刺激政策。

插入式的混合动力汽车，也就是所谓的网格连接的混合动气车或者可选气体的混合动力车，有一个内置的内燃机和一个可以利用家庭外接电源或者其他电源设备进行充电的电池。充电工具包或者服务设备可以把现有的混合动力汽车变成充电汽车。大多数这种汽车都是轿车、公用载重汽车、公共汽车，摩托车和军用车辆，当然也有充电的客运汽车。所有给带电源插头的混合动力车充电的电站，其电能的价格要比汽油的价格少1/4。如果它们的电池利用可再生的能源进行充电的话，那么充电式的混合动力车不消耗化石燃料。电能的流动可以逆转，从而让它们在应急状况下为家庭提供电能，以及把多余的电能卖给电网公司。

所有的混合动力汽车都是通过储存在可充电的电池设备、电机和电机控制设备而非内置内燃机中的化学能源获取动力的。其电池可以利用电网进行充电，但是如果电池是利用可再生能源进行充电的话，那么这种汽车不会产生任何污染。

水能

很多水力发电厂的运营时间超过了100年。水力发电是清洁，廉价，且能被距离水源很远的地方采用的一种能源。然而，大规模的水力发电系统在建设和水库排放洪水的时候会排放大量的二氧化碳，并且会破坏生态系统。水能的利用形式包括水电坝；水车；驱动设备的水轮；河流，小溪和海洋中的堤坝水力发电；来自于人工漩涡的涡电以及来自于海洋波浪和潮汐的能。

还处于萌芽状态的海洋能源工业利用浮标、水下涡轮和其他设备使海洋波浪的能源变成电能，使海水脱盐并抽取海水。海浪是恒定的，可预测的，并且有很高的能量密度。另外一种海洋能源的形式就是蓝色能源，即利用海水和淡水之间含盐浓度的不同获取的能源。每平方米的海洋可以产生10万瓦的电能，而每平方米面积上所产生的太阳能也才只有1000瓦。未来海洋波浪能源设备会覆盖更大的面积，同时也会增加人们对渔业的健康发展以及生态环境的关切。

影响因素

政府支持，信息传播，社区参与和消费者认识的缺乏阻止了替代能源的采用。对一些能源体系的认识有时候会严重左右地产的市场价值。和传统技术相比的替代能源技术的高费用，产品人才培训的不足，集中的发电厂对国家电网的市场控制，难以引入商业上可行的创新以及国家电网中数之不尽的小型能源都阻挠了可再生能源的采用。

政府的政策通常喜好现存的能源，而非可再生能源，并且偏好短期能源而非长期能源。化石燃料的补贴，缺乏净计量政策以及电力公司电网互联，对可再生能源项目缺乏足够的财政选择，限制性的允许准则以及对消费者缺乏采用可再生能源的刺激措施等都阻止了可再生能源的发展。降低收入所得税，增加破坏环境行为的税收，以及为能源创新增加补贴都可以为可再生能源创造一个更好的市场。

（摘译自ESTC,纯粹为了个人练习）