世界尽头小镇的可再生能源之路

本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Freda Kreier，题图来自：视觉中国

研究人员正在与格陵兰岛北部的一处定居地合作，设计能够适应极端条件的风能和太阳能设备。

Toku Oshima是格陵兰岛的一名猎人。对她来说，将可再生能源带到她的家乡卡纳克（Qaanaaq）不仅仅是在与气候变化做斗争，也是在为文化的生存而战。

2015年，Oshima从格陵兰岛最北端的小镇卡纳克出发，向南前往1000公里之外的伊卢利萨特（Ilulissat）参加一个气候大会。她原本只是想讨论地球迅速变化的气候如何威胁到格陵兰岛的传统生活方式，例如原住民的狩猎和捕鱼活动。但是她在离开时开始思考如何解决卡纳克面临的另一个生存危机：能源安全。

卡纳克镇约有600名居民，是格陵兰岛最北端的小镇。图片来源：Mary Albert

与北极地区的许多居民一样，卡纳克的居民也在为房屋供暖和供电所需的化石燃料费用发愁，这还加剧了他们面临的其他压力。在过去的几年里，猎人们开始喂不起雪橇犬，一些居民开始搬迁以逃避家庭财务困境和精神抑郁。Oshima说，在这个过程中，许多格陵兰人正在失去与传统社区和文化的联系。

在那次会上，一位朋友告诉Oshima，美国达特茅斯学院（Dartmouth College）的冰雪物理学家Mary Albert在一场演讲中讨论了保存在极地冰核中的气候变化的证据。Albert曾提到，向可再生能源转型能够帮助遏制气候危机，并展示了一张自家房屋装满太阳能电池板的照片。Toku Oshima在会议茶歇时间找到了Albert，认为这位科学家也许能对如何降低卡纳克的能源成本提出一些建议。

Albert起初不确定自己是否能帮上什么忙。但是当她想要开口解释说可再生能源不是自己的专长时，她心想：“可别找借口了。你是个工程学博士。你真要对他们说你啥忙都帮不上吗？”

这标志着Albert和Toku Oshima开始合作，帮助卡纳克摆脱对化石燃料的依赖。在过去几年里，Albert在达特茅斯学院招募学生参与一系列项目，包括设计节能住宅、评估在卡纳克镇利用太阳能的潜力。Albert在5月前往卡纳克，测试新开发的太阳能和风能设备。她希望有一天这些设备可以为那里的家庭供暖。

来源：Niels Erik Hagelqvist/Nukissiorfiit

对这两位女性来说，这个项目不仅仅关乎卡纳克一个城镇的生存。从西伯利亚到加拿大西北地区的研究人员和社区，都致力于在北极地区发展可再生能源。这意味着科学家们需要研发出新的技术，这些技术要能够应用在连续数月没有阳光、一年中大部分时间气温低于零度的地方。

尽管格陵兰岛在安装可再生能源设备方面取得了巨大进展，但是目前为止，这些改变主要惠及的是该岛南部的较大社区。Oshima说，在卡纳克开发廉价、方便的可再生能源或许“不仅仅会造福卡纳克，也会造福整个北极地区”，无论这些地区有多偏远。

极北之地

卡纳克位于北极以南约1400公里处，建于1953年。当时美国空军新建了图勒空军基地（Thule Airbase），他们让居住在附近小镇上的大约100名因纽特人在几天内收拾行李，迁往格陵兰岛的极北之地。如今，卡纳克镇约有600名居民，他们中的许多人都通过在学校教书或经营水厂等方式，维持着小镇的日常运转。还在靠海吃饭的人越来越少，他们乘坐狗拉的雪橇在结着厚厚冰层的海面上寻找海豹和大比目鱼。

Oshima就是其中之一。她于1975年出生在卡纳克的一个猎人家庭。虽然曾在格陵兰岛的首都努克（Nuuk）学习过电气工程，但是最终还是选择回到家乡。如今她一边打猎一边经营着一家加工兽皮和屠宰肉类的工作坊。“我从来都不是喜欢待在室内的女性”，她说，“在这里我有更多机会走进大自然。”

猎人Toku Oshima在卡纳克经营着一家加工兽皮和肉类的工作坊。图片来源：Mary Albert

和小镇的其他人一样。Toku Oshima的用电依赖镇上的柴油发电机生产的电。美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory）的北极战略项目经理 Sherry Stout说，这在二战后建立的偏远的北极社区中很常见。她表示，这个时期涌现的城镇通常都安装柴油发电机，因为柴油与其他燃料相比不易挥发，便于长途运输。

但是将柴油运输到如此偏远的地方并不容易。和许多北极社区一样，卡纳克没有公路与世界其他地方相连。几乎所有小镇不能生产的物资——包括柴油供应——都由破冰船运送。这些物资每年运送两次，都是在北极夏末海冰最少的时候。

“大多数社区只有一次机会拿到他们一年所需的所有柴油。” Martha Lenio说。她是世界野生动物基金会加拿大伊魁特（Iqaluit）办事处的可再生能源专家。天气和海冰状况越来越不稳定，这意味着有时社区翘首以盼的船只来不了了。例如2019年，不寻常的冰情使得驳船无法向加拿大西北地区的几个村庄运送柴油，最后这批货物只好通过飞机运送。

令人绝望的柴油

Stout说，物流状况解释了北极地区燃料成本为何如此昂贵。在美国，使用化石燃料发电的平均成本约为每千瓦时 14 美分。但在阿拉斯加北部地区，价格跃升至每千瓦时50美分至1美元。

卡纳克的居民在化石燃料上花费了大量金钱。在零下的气温里，几乎需要不间断地为房屋供暖。而卡纳克的许多房屋都是丹麦风格（有些房屋是在1953年建的），这些房屋的保温效果并不好，这使得情况更为复杂。

位于努克的国有能源公司Nukissiorfiit的可再生能源顾问Niels Erik Hagelqvist表示，为了降低能源使用的成本，格陵兰政府对化石燃料使用给予了大力补贴。但是Albert说，对卡纳克的居民——尤其是那些以出售多余猎物、赚不了多少钱的猎人而言，补贴后的柴油（价格约为每千瓦时24美分）仍是一大笔开销。

“想在这里生活并不容易”，Oshima说，“成本非常高。”

这也是Oshima希望在卡纳克镇发展可再生能源的原因之一。但要找到实现这一能源转型的资金却非常棘手。2017年格陵兰岛宣布，计划在2030前尽可能多地转向使用可再生能源。但是Hagelqvist说，所有的技术设备都必须用船运进来，这让项目成本极其高昂。格陵兰岛曾是丹麦的殖民地，虽然在上世纪70年代末取得了地方自治，但它仍然依赖丹麦的资金，“我们的雄心壮志因为缺钱而束手束脚。”他说。

2019年，冰雪物理学家Mary Albert和她的学生们访问了卡纳克。她于5月回到卡纳克，测试可再生能源设备。左起依次是：Joshua Elliot（当时是学生），Lene Kielsen Holm（格陵兰岛项目的主要研究伙伴，于2021年去世）、Kim Petersen（Oshima的丈夫）、Toku Oshima、Albert以及 Hunter Snyder（现为博后研究员）。图片来源：Hunter T.Snyder

这部分解释了为什么格陵兰岛的5座水电站和13座太阳能发电场都坐落在人口更稠密的西南地区，在那里可以惠及更多人口（参见图片“绿色环保”）。而像卡纳克这样的北部小社区如果也想利用可再生能源，通常需要自己筹集资金或者申请政府拨款。加拿大高纬度北极研究站的技术官员Robert Cooke说，这样做会有风险。

例如，2007年，阿拉斯加的小型社区尼古拉斯基（Nikolski）利用政府拨款建造了一台风力发电机，但是由于技术人员难以将其连接到镇上发电厂的控制面板，这台发电机多年来一直处于闲置状态。Cooke说，大多数可再生能源设备都不是为了应对北极的环境建造的，如果设备系统受损，“可能需要等上几周才会有人搭飞机过来修。”

样机准备中

Albert和她的学生们希望通过改进制造技术，使得卡纳克的木工（Oshima的丈夫）能轻松安装和修理这些设备。

今年5月，他们在卡纳克测试团队设计的两款设备。其中一款原型机由Albert的学生Simon Oster设计，利用风能产热。北极地区的其他可再生能源项目，例如位于阿拉斯加的查尼克风能集团（Chaninik Wind Group），已经在使用风力发电机产生的电力制热。但Albert说，Oster的设备有所不同，因为它直接利用风能产热。Oster说，以前也有人提出过类似的设计，但都没有达到原型机阶段。他的设计目前是“最高机密”，不能说太多。

Albert希望居民可以在黑暗的冬天使用这款风能设备，以降低取暖费用。在夏天，他们则可以使用第二款太阳能原型机——由达特茅斯学院的学生Tucker Oddleifson设计的一种窗型设备，能捕获太阳的热量。这个想法同样并不新鲜，但是Oddleifson说，这些特殊的窗户比其它设计更简单，而且可以充分利用北极夏季24小时的阳光。Albert说，他们希望最终“这些小型设备能够在任何地方使用”。

Oshima和Albert的团队并未幻想这些项目将一劳永逸解决卡纳克能源转型的所有难题。但这些设备也许可以帮助卡纳克居民过上更轻松的生活，并继续“生活在格陵兰岛的西北部，他们已经在那里生活了数千年”，Albert说，“他们想要过得温暖舒适——而且想要负担得起这样的生活。”

原文以This Arctic town wants to make renewable energy work at the top of the world为标题发表在2022年5月6日《自然》的新闻版块上，© nature，doi: 10.1038/d41586-022-01189-x

本文来自微信公众号：Nature Portfolio （ID：nature-portfolio），作者：Freda Kreier