燃料电池
在未来的能源家族中，有一个极其重要的成员，它将忠实地为人类服务，这就是燃料电池。
燃料电池主要是由燃料、氧化剂、电极、电解液组成。使用的燃料非常广泛，如氢、甲醇、液氨、胼、烃等。燃料电池和一般电池类似，都是通过电极上的氧化——还原反应使化学能转换成电能。但一般电池内部的反应物质消耗完后就不能继续供电，而燃料电池因为反应物质贮存在电池外，只要燃料和氧化剂不断输入电池，就能源源不断地发电。随着这项技术的提高，燃料电池有可能代替火力发电，形成强大的燃料电池发电网。
燃料电池是可以直接将化学能转变成电能的一种新型发电装置，它热损耗小，发电效率可达40％～60％，比火力发电高出5％～20％。此外，燃料电池除利用排热再发电外，还可以生产蒸汽或热水，因此，它的综合效率可达80％，并可实现城市热电联供。
在发展燃料电池方面，美国一直走在世界前列，目前至少有30台左右燃料电池机组在发电，总装机容量达十几兆瓦。1990年美国能源部又研制成功一种陶瓷燃料电池，这种电池将液体或气体燃料放在两地波纹状陶瓷片里面，使燃料同催化剂直接进行化学反应产生电流。因而可免除一般燃料电池所需的燃料箱。它同内燃机或其他燃料电池比较，释放的功率高两倍，发电效率达55％～60％。
美国一家公司开发的一种用燃料——煤气作电源的电池，这种电池又轻又薄，却能产生比普通电池更大的电力。该电池的设计是在两个作为电极的白金薄片中间，夹上一层厚度小于五亿分之一毫米，由氧化铝薄片做的煤气渗透薄膜。能量产生的过程是电化学反应的过程，当电池将氢和氧转化为水时，就释放电力。初步测试显示，它能用1公斤的煤气产生1千瓦的电力。这种电池轻薄方便，充电也方便，只需更换煤气胶囊，它是电池开发研究的一个新产品。但它的成本太高，不能推广至商业用途。
目前，工业发达国家都在研制燃料电池，随着研究的深入和技术的突破，燃料电池必将在未来的能源市场上大显身手。
植物能源
森林除了可作为低层次工农业生产原材料，有助于保持生态平衡和美化环境外，不久的将来，更可能成为洁净能源的主要供应者。
英国能源学家派特森经过研究发现，燃烧“生物资源燃料Biomass”（指煤、石油以外，未被利用的植物能源），不会增加二氧化碳的产量，因为植物生前吸收的二氧化碳量多于燃烧时放出的量，可防止发生温室效应。
派特森认为，石油和煤用掉就没有了，而植物却可源源再生，比方说，尤加利树、白杨树、柳树、松柏、甘蔗、杂草等诸多植物，生长得很快，最适合提供植物能源。再者，植物能源不会产生传统能源燃烧时释放的硫化物。目前欧洲联盟、美国和巴西正致力研究植物能源。瑞典先拔头筹，全球首座植物能发电厂将在近期启用。而美国拟定在2010年前，以植物能生产500亿瓦特的电力，借以取代部分传统火力发电厂。据统计，届时每年可减少排放二氧化碳9000吨。
问题是，植物燃烧能量小，怎样尽量发挥其燃烧热能。与此相关联的问题是：种植、收割、运输、保存都很费力。像美国打算利用植物能生产500亿瓦特电，就必须大量种植树等，植树面积大约要占掉美国1％的面积，真够吓人的。不过专家们乐见其成。因为，一是种、收、运、贮植物只是量大，不是科技难题；二是美国粮食过剩，劝农民利用农地来种树，也许收获会更好。
未来的冷光源
在电灯发明之前，人类夜间的世界是用动植物油脂照亮的。电灯问世后，给人类的生活提供了不可思议的光明，而且电灯不怕风、雨，怕不污染环境。今天，凡是有电源的地方，都应用了安全、方便、成本低廉的电灯照明。电灯也从刚发明时的钨丝灯泡，发展到现在的日光灯、钠灯、碘钨灯……电灯使人类的生活在时空上更为广阔。
但是，电灯也有不尽如人意之处，所有的电灯除了发光外还发热，这无疑使电的效率大大降低，造成了能源的浪费。此外，在炎热的夏天，人们开灯照明的同时，还要受到电灯的炙烤，平添不少烦恼。
长期以来，人们一直都在寻找既能照明，又不产生热的“冷光源”。相传，我国东晋时有个书生车胤，家贫无钱买油点灯，就捕捉萤火虫照明读书。这个典故给后人的启示是多方面的，有人对萤火虫的发光物质很感兴趣。
作为一种化学发光，荧光是把某些物质的化学能经过化学反应，将反应产生的能量转换为光释放出来，当然这种发光与燃烧发光有质的区别。长期以来，科学家们为仿制高效荧光物质，实现冷光源化学发光进行了不懈的努力，并已取得了可喜的成绩。科学家已经发现，能发光的化学物质有几十种，有的可以与萤火虫发的光争辉媲美，有的更明亮，更美。产生化学光的条件有：荧光物质、催化剂、氧化剂和适当的温度等。
试验证实，容积为200毫升的化学溶液产生的光，在室温20℃～30℃时，足以照明60平方米的房间，并可持续8～10小时，如果将装有化学发光物质的容器制成形状各异的发光棒、发光球等，定会为美化生活增添光彩。
更令人神往的是，近年来分子生物学家也对萤火虫这种奇异的小精灵产生了浓厚的兴趣。他们试图用重组DNA的技术把萤火虫的发光基因移植到其他生物体内，创造出一种奇异的“荧光植物”来。
前不久，美国科学家已培育出一种携带萤火虫荧光素酶基因的新型烟草，如今，这种荧光植物，已经在一块试验田里闪闪发光了。
人们企盼着不久的将来，高速公路两旁不再需要使用交流电的路灯照明，取而代之的是一排排闪光发亮的荧光植物。而发光番茄、马铃薯等发光蔬菜，也将会在您的餐桌上大放异彩。
能源宝库——海洋
海洋能实际上是太阳能的一种方式。太阳辐射到地球表面的能量相当于1070亿兆瓦的电力。阳光射到海面上，一部分反射到大气中，但是大部分被海水吸收了，因为海洋占地球表面的70％左右，所以可以说海洋是一个巨大的太阳能储存库。同直射的太阳能相比，海洋热能的优点是：第一，它不受时间的限制，白天黑夜都能利用，而且也不受云层遮盖的影响；第二，它是以波力、潮汐、温差、海流和浓度差等多种形式存在的，其源泉是太阳热，所以，只要太阳存在，就可以无限使用。海洋能的开发，不受时间的限制，可以长期使用，所以人们对海洋能的兴趣越来越大。目前人类在开发利用潮汐、波浪和温差能方面已取得了一些进展。
据估计，世界海洋潮汐可装机约10亿多千瓦，如果用来发电，每年可发电1．24亿亿度。目前世界上已建成每年发电量近10亿度的潮汐电站，全世界已有40多个国家正在研究潮汐的利用。法国在开发潮汐方面走在前列，1980年就建成世界最大的装机容量为1000万千瓦的潮汐发电站。
海浪具有十分惊人的力量，据估计，波高1米周期10秒的波浪冲击海岸时，每千米海岸所受冲击力就是1万千瓦的能量，而每平方千米的海面上，每秒就有20万千瓦的能量。近年来科学家们展开了研究波浪发电问题，并取得了令人鼓舞的成就。但要达到真正实用的，大容量发电的水平，还要一段时间的努力。
利用海洋表层热水与深层冷水的温度差发电，叫温度差发电。据估计全球热带海洋水温下降一摄氏度，便能释放出1200亿千瓦的能量。为此目前各国正在建造实验装置进行这方面的研究。
海洋能发电有助于解决能源危机，但还存在许多问题：第一，海洋能密度很低，在火力或原子能发电站，一台发电机可实现发电量100万千瓦，利用海洋能要发出同样的电力来，需要大量的水，各种装置以及采用不同的方法等，因此成本较高。第二，功率不稳定。由于波的往复运动，输出功率不稳定。同时，由于高温水源和低温水源的温差变得过小，甚至发不出电来。第三，关于海洋能发电，除沿岸设置了波力发电装置外，发出的电如何使用也存在一些问题。
利用海洋能尽管还存在一些问题，但所有难题将被逐渐一一攻破。2000年，法国在面积2000平方千米的水域修建三道拦潮坝，发电量可达350亿度。英国打算投资研究利用波浪发电，在2000年前建成一座100万千瓦的波浪电站。美国也在进入21世纪时建成一座100万千瓦的海水温差发电装置，还利用墨西哥暖流的热能，在东部沿海建立500座海洋热能发电站，发电能力达2亿千瓦。另外，海水中有核原料，海底有丰富的石油，专家估计，在21世纪20至50年代，将建成海底核电站，用潜水式油库把海底生产的石油运到陆地上。
未来的洁净能源——氢能
早在1874年，著名作家米尔斯·维恩曾预言，世界能源最终将以氢为基础。发展趋势表明，21世纪过渡到使用无碳燃料已在所难免。氢原子将取代碳原子，使地球恢复洁净。
从18世纪中叶工业革命开始以来，人类通过燃烧化石燃料，已经把数十亿吨有毒污染物倾倒在大气层中。燃烧化石燃料，每年有50亿吨炭、约1000万吨硫和比此数少一些的氮氧化物进入大气层。
氢作为燃料的独特的优点是，它的燃烧产物是水，不会污染环境，燃料循环与生物圈相吻合。
氢的运输和销售费用要比输电的便宜，在许多情况下，把现有的天然气管线改造一下，就能用来运输氢。运送氢的费用只为远距离输电的八分之一。氢还可能比电更宜于储存。按重量计算，氢的能量是同量汽油能量的2．5倍左右。如果把喷气机上的燃料换成同等效能的氢，就会大大节省重量，这也使氢成为一种航空燃料具有的明显优点。
如果把气态氢效率高的优点考虑进去，那么生产相当于3．78升汽油的气态氢需花费约1．4美元。如果要化石燃料燃烧对环境污染负责的话，则每升汽油的实际成本至少要再增加25美分。因此，当考虑总的社会开支时，甚至现在用氢也比用化石燃料便宜。
在可再生能源得到大量应用之前，氢主要由天然气做原料来生产。21世纪中叶以前，煤炭可能成为生产氢的最便宜的原料。高温气冷堆将是制备氢的理想热源，它可提供高达1000℃以上的高温。
现在，世界各国都在探索用廉价的方法制备氢的途径，而且取得了许多新成果。
美国能源部1993年投资6300多万美元，用于研究与开发利用氢气代替汽油作汽车燃料。科学家们认为氢气将是21世纪后半期汽车的主要燃料。氢气具有对大气污染少，燃烧时不会排放SOx、NOx和CO2等有害气体。石油、天然气和煤炭等化石燃料，生成过程很慢，要经历几百万年，甚至几亿年，开采一点少一点，终究有一天会枯竭。而氢气却是取之不尽，用之不竭的能源，可减少对进口石油的依赖，能实现能源自给自足，可节约大量用于进口石油的外汇。但是，美国过去对研究与开发氢气重视不够，大大落后于德国、瑞典和日本等国家，所以，现在要迎头赶上。
关于利用氢气作汽车燃料的问题，美国研究的重点是开发燃料电池。这种电池，除了用氢气外，还可用天然气、甲醇、乙醇和其他气体。美国科学家瑟法斯说：燃料电池的能源转换效率可达到40％～55％，如果利用它的热能，还可使能源转换效率提高到80％。
日本从1993年度实行以氢作燃料的发电技术计划。预计2020年为实行此计划将投入资金3000亿日元。
由日本万事发车厂研制的实验性汽车，燃料不是汽油、柴油、酒精，而是用氢气发动。而含氢成分极高的水正是它的原料。
目前，尽管这种实验性汽车使用成本极高，而油价目前相对较低，但由于对地球环境污染问题日益重视，用氢作为汽车燃料最为吸引人。
不过以水代替汽油，仍有许多难题。首先将氢从水中分解出来就需用大量的电，这是成本高的一个原因。需用大量的电，意味着用氢作汽车燃料也不是绝对干净，因为发电过程会产生有害物质，不过这个问题可用水力发电解决。另一个问题是如何将氢储藏在汽车内，将气体氢变成液体氢，便于储藏，但必须在零下253℃。尽管难题很多，但是氢作燃料是21世纪的选择，前途十分光明。
利用液氢作为燃料的氢能飞机已经研制成功，并且进行了试验，性能十分稳定。德国和俄罗斯目前正在合作研制一种空中客机，它由液氢作燃料，可望在2010年前后投入使用。
德俄研制这种飞机的原因是：第一，在不久的将来可能出现石油供应短缺。需研究新能源取而代之；第二，从保护环境的角度来看，液氢是最理想的无污染燃料。
目前欧洲每天仅生产液氢20吨，而一旦这种燃料投入使用，估计欧洲每天需消耗液氢6000吨。
可以预料，随着科学技术的突飞猛进，氢将逐渐取代常规能源，到21世纪，它将成为能源舞台上的重要角色之一。氢能时代将会在21世纪后期到来。
明日资源天上来
地球上的资源目前已不丰富，而日本的资源就可说是相当贫乏了。日本通产省则将着手实施一项“月球资源开发计划”，该计划是采集月球上大量存在的核聚变燃料氦三并运回地球。
根据这项计划，在1995年度设立官方和民间组织参加的研究机构，21世纪初正式在月面开始资源探查。为了准备设立研究机构，日本首先成立“月球资源研究会”。
氦三是几乎不产生放射性的理想核聚变燃料。它存在于从太阳脱离出来的高能粒子流（太阳风）中。在没有大气的月面，太阳风没有直接降落下来，所以月面的沙子和岩石中含丰富的氦三。如果达到实用，今后几个世纪地球资源问题可能得到解决。
日本通产省请在宇宙开发方面有实绩的美国航空和航天局等参加，使这项计划发展成为日本主导的第一个国际宇宙开发工程计划。
“月球资源研究会”包括通产省、工业技术院的地质调查所和资源环境技术综合研究所参加外，川畸重工业公司、日产汽车公司和日立制作等大约20家大企业预定参加。这个研究会将研讨如下重要开发课题：从月面的沙子中分离和采集氦三的方法；从月球到地球的运输技术；月球基地和月球运载工具的开发；设置月面基地后的所有权问题。
由官方和民间组织参加的研究机构从1995年度开始研究重要的技术，预定21世纪初向月球发射探测火箭。从月面基地向地球运输氦三的月球资源采集系统将在2020～2030年完成。
据估计，一年利用几十吨氦三作核聚变燃料，可提供21世纪地球全人类所需电力。地球上几乎不存在氦三，而月球上大约蕴藏100万吨，果真计划得以实现，人类能源危机问题可望得到缓解。
同地球一样，宇宙间其他星球也有丰富的资源，而且有的资源是地球上稀有的或根本没有的。为了获得其他星球上的资源，科学家们正在拟议如何在月球上采矿，如何征服并开发火星，如何利用小行星的问题也在讨论、计划中。
我们目前开采的铁矿石含铁量只有30％多，甚至含铁量仅20％多的矿石也已被用于炼铁。而我国新疆维吾尔自治区青河县曾经落下过一块大陨石（陨铁），重达30吨，其中含铁量占88％以上，还含有9．2％的镍。科学家对以往的陨石分析发现，天体上的矿产资源种类很多，许多金属和非金属矿物都有，在陨石中像锰、铝、铬等都有发现，甚至还找到过金刚石。
在木星和火星的轨道之间运行的小行星，是陨石的来源之一，它们数以万计，目前已经算出轨道并编了号的小行星已将近2000个，这些小行星，沿着很扁的椭圆轨道围绕太阳旋转，当它们闯入地球重力影响达到的范围时，就会被地球“俘虏”过来，坠落成为陨石。
这些小行星中最大的直径有700千米，直径超过80千米的不过150个。在小行星表面，重力是很微弱的。在地球上，要逃逸出去必须达到每秒11．2千米的速度。而脱离小行星则只需每分钟几米的速度就行了。科学家们设想将来可以在小行星上采矿，并把它运回来；甚至还设想用火箭把整个小行星推移过来供我们采矿。据计算，一个直径约为1．6千米的小行星，如果其成分与铁质陨石相同，那么，它所含的铁将有330亿吨，够全世界消费60多年了。
另外，火星和月球上也有矿藏，月球上的玄武岩铁和钛的含量很多。木星上有很多甲烷、氨氢等重要化工原料和燃料。木星主要为液态氢组成，还含有不少氨、甲烷和其他碳氢化合物。整个木星的质量约为地球的317．89倍。
我们的邻居金星，被特别浓密的大气裹住，这大气中，90％多是二氧化碳。在地球上，前南斯拉夫地区前些年发现了一个二氧化碳气田，成为罕见的矿藏，他们在那里兴建了制造干冰的工厂。在金星上到处都是浓密的二氧化碳，就不足为奇了。金星的大气中还有一层硫酸细滴形成的雾。硫酸是很有用的东西，在那里天然地生成了。
宇宙之大，无奇不有，在那些更遥远的星球上，还会有什么神奇的能源呢？开发天上资源，似乎是不可设想的神话，但这正在成为可以触及的现实。
开发天上资源早已在科学家研究计划之内了。但怎样去开发，还是探讨中的问题。
不过，从其他天体上采矿，把它运回地球，要克服大气的阻力，很费周折，从经济上来看，如此遥远的运来原料，未必合算。那么有什么必要去探讨开发天上的资源呢？
设想，我们可以在其它天体上采矿，就其它天体上冶炼，在其它天体上建立工厂，造出成品再送回地球。这样还可以使地面上许多工厂停止冒烟，停止排出污水废物，环境大大得到改善。在天上还可以利用那里重力等于零，绝对真空，容易得到几千度的高温及近绝对零度的低温，以及有许多太阳辐射出来的带电粒子在那里活动等特殊条件，制造出许多地面上所不能造出来的产品，例如高纯度的光通信纤维、高质量的半导体单晶、高激光率的玻璃、特殊的合金等等。这些设想是有根据的，部分已经在环绕地球飞行的天空实验室中造成，像在这种实验室里制出的一种锑化铟单晶，用于计算机，可使尺寸减小9／10。在天上建立工厂是大有希望的事业。
在天上进行生产所需要的动力是取之不尽、用之不竭的，这就是来自太阳的能量。如今，人类每年从地下采出的石油、煤炭和天然气，总算起来可以合到八九十亿吨优质煤，这个数字可算巨大了，然而同每年太阳辐射到地球上的能量比起来，只有它的万分之一还不足，而这部分辐射到地球上的太阳能，不过仅占太阳辐射总能量的二十二亿分之一。
在地面上利用太阳能，受到大气的阻挡和季节、昼夜变化的影响。如果在大气层之上利用太阳能，效率就高得多了，可以直接用它的热，也可以用它来发电，还可以用它来分解水，得到氢和氧作为可以携带的燃料，这些办法都已经在试验。
有了原料，又有了充足的能源，我们不仅可以在天上造出需要的产品，还可以在天上创造出一个适于人类居住的环境，以此为基点，向更遥远的太阳系以外的星系发展。这梦想，在21世纪就将部分实现。总有一天人类将完全地实现这个梦想。
空间太阳能发电站
太阳是太阳系的中心天体，它是一颗稳定的恒星，一个处于动态平衡的炽热的气体球。来自其中心产能区的巨大能流主要是电磁辐射，其次以粒子流的方式从太阳表层稳定地向外发射。太阳辐射能，是大气圈、水圈、生物圈运动，以及岩石圈作用的主要能源。人类生存活动更离不开太阳能，太阳离子流以及太阳活动对地球也有重大的影响。通过实测，推算出太阳辐射总功率为3．82×1023千瓦，而地球仅仅能得到太阳总辐射能的22亿分之一。太阳每秒钟供给地球的能量是4．1×1013千卡，相当于每秒钟燃烧500万吨优质煤所发出的能量。太阳能的能量非常巨大，但绝大部分在茫茫太空中白白地散失掉了。
太阳光发电的核心是太阳电池组件。它是由硅单晶或砷化镓半导体材料制成，每个太阳能电池的面积只有几平方厘米。这种太阳能电池的应用十分广泛，在现代日常生活中随时都可以见到，比如太阳能电池计算器、太阳能电池手表和太阳能电池钟，只要太阳光一照射，这些计算器、手表和钟就能工作。由于航天技术的突飞猛进，如今人造卫星、宇宙飞船、空间站等航天器上的能源，大部分是采用太阳能供电，有些是将太阳能电池贴在卫星的表面上，有些则是贴在专门供给贴太阳能电池的翼板上，这种翼板好像是卫星向左右伸出的两扇翅膀。在翼板表面上贴有数以万计的太阳能电池，将它们并联或串联起来，在太阳光的照射下，便能供给几百瓦乃至几千瓦的电力。翼板面积越大，贴的太阳能电池越多，产生的电力就越大。1968年格拉塞博士提出了空间太阳能发电站方案，这一设想是建立在一个极其巨大的太阳能电池阵的基础上，由它来聚集大量的阳光，利用光电转换原理达到发电的目的。所产生的电能将以微波形式传输到地球上，然后通过天线接收经整流转变成电能，送入全国供电网。
