在2012年12月召開的美國地質學會（AGU)秋季大會上，馬克·祖拜克、康奈爾大學地熱能專家杰夫·特斯特和能源關鍵元素領域帶頭人科羅拉多礦業(yè)大學教授、能源關鍵元素領域帶頭人穆雷·海特茲曼聯合提出了上述建議。其中，身為頁巖氣開發(fā)和水力壓裂技術領域的權威人士，隸屬美國能源部的頁巖氣開發(fā)委員會成員的祖拜克指出：“從大學的角度來看，我們認為上述3個領域是與提高能源和資源回收率相關的基礎研究。對科學家來說，這是解決阻礙新興能源來源發(fā)展過程中所遇問題的關鍵性需求。”
人造地熱能
祖拜克說：“從現有的碳基能源系統(tǒng)過渡到無碳能源系統(tǒng)，我們需要做出的選擇之一就是充分開發(fā)利用地熱能（包括傳統(tǒng)的水熱型地熱能和人造地熱能）。”
傳統(tǒng)的地熱發(fā)電主要是利用來自于地表附近的間歇噴泉和溫泉的熱能進行發(fā)電，而目前人造地熱能技術（又稱增強型地熱系統(tǒng)，簡稱EGS）已作為一種主要的清潔能源形式在世界很多地方得到采用。該項技術是以高壓方式將水傾注到深井（注水井），使其足以裂解地表下4公里到6公里深處的高溫花崗巖和其他巖石。這種裂解方式提高了巖石的滲透率，并建立人工儲熱層，冷水經過熱儲層滲進巖石的縫隙吸收熱量，然后再通過另一口深井（生產井）將水蒸氣輸送到地表，用水蒸氣驅動渦輪機進行發(fā)電，這種發(fā)電方式不會排放溫室氣體。而水蒸氣最終經過冷卻后，可以被再次注入地下，并再次循環(huán)到地表。
2006年，特斯特教授與他人合作完成了一份研究報告，該報告估計在美國大陸上可利用人造地熱資源的地域大約為2%，如果能得到全部開發(fā)利用，其發(fā)電量大約相當于全美年消耗能量的2600多倍。但是利用人造地熱能必須克服很多障礙，其中就包括采用水裂壓力技術所引發(fā)的小型地震。2005年，瑞典巴塞爾地區(qū)曾引發(fā)了一次震級為3.4級的小型地震，由于當地居民受到驚嚇，有關部門被迫停止了一項人造地熱能計劃。這一事件阻礙了世界各地人造地熱能計劃實施。
2011年，畢業(yè)于斯坦福大學的馬克·穆克魯爾曾設計了一種計算機模型，旨在解決應用水力壓裂技術所誘發(fā)的小規(guī)模地震活動。通常的做法是一次性將水注入深井內使其在地下產生壓力，穆克魯爾提出的方案為：隨著時間的推移逐步減少注水速率，以減緩巖石的裂解過程，進而減少可能發(fā)生的地震活動。該成果獲得了2011年美國《地球物理學報》最佳論文獎，但有待于得到實際應用的進一步驗證。
頁巖氣
祖拜克認為，在頁巖氣開發(fā)方面也面臨一些挑戰(zhàn)。他說：“過去幾年北美地區(qū)的頁巖氣革命已經呈現出超乎預料的發(fā)展規(guī)模和重要性。由于世界各國都開始致力于這種資源的開發(fā)，對基礎研究來說亟待解決的問題是——頁巖氣的開發(fā)如何促進水力壓裂技術的改進以及探索頁巖氣開發(fā)對環(huán)境影響最小化的新方法。
目前，北美地區(qū)已經鉆探出大約3萬個頁巖氣井，但一些基本的挑戰(zhàn)阻止了將其潛能發(fā)揮到最大化。祖拜克說：“目前的情況是，在開采過程中只有25%的頁巖氣被采收，另有75%的頁巖氣則無法采收。我們需要在生產頁巖氣方面將工作做得更好，同時保護好環(huán)境。”今年早些時候，祖拜克和穆克魯爾提出了在儲氣層滲透率極低的條件下開采頁巖氣的新證據。如果該方法確實能夠有效地增加產量，它對克服現有水力壓裂技術的缺陷至關重要。
祖拜克認為，甚至還需要在石油采掘技術方面取得更大的進步。“我們需要做更多的基礎性研究工作，以便能從地表下獲得更多的碳氫化合物。我們只有在這方面做得更好，才能真正減少需要鉆探油井的油井數量，減少對環(huán)境的影響。這將惠及所有的公司和整個國家。”
能源關鍵元素
地質學在開發(fā)可再生能源資源方面發(fā)揮著極其重要的作用，而作為地質學的一個重要分支，經濟地質學（即礦床學）的目的就是經濟合理地進行找礦、勘探和開發(fā)利用礦產資源，以滿足人類社會對礦產資源不斷發(fā)展的需要。祖拜克說：“目前人們已經普遍認識到，利用可再生能源來滿足國內和全球能源需求需要大量的關鍵材料。”
所謂“能源關鍵元素”是指鍺、鋰和釹等大約30種元素，它們是制造薄膜太陽能板、高效率風力渦輪發(fā)電機和高容量電池等清潔能源硬件的核心材料，因此這些元素的多少將決定清潔能源的未來。祖拜克指出，開發(fā)可再生能源“需要大量的鉑和鋰等化學元素，缺少這些‘能源關鍵元素’將會嚴重制約人們采用能夠改變未來能源供應局面的新技術”。
能源關鍵元素在不同國家的儲量差異很大。2009年祖拜克和海特茲曼完成的一項合作研究發(fā)現，中國的鍺產量占全世界產量的71%。鍺是光伏電池使用的一種元素，它是產鋅過程中的典型副產品，而中國是世界上最重要的產鋅國。
祖拜克指出：“這些元素被如何應用以及其儲藏分布都是十分重要的問題，因為整個工業(yè)界都需要獲得這些元素。”他進一步強調：“如果我們要持續(xù)地開發(fā)各種可再生能源技術，迫切需要我們從地質學、冶金和采礦工程學的角度，更好地搞清楚這些關鍵元素的儲藏狀況。”不幸的是，對于經濟地質學在保障能源關鍵元素供應方面的重要性，美國聯邦和州政府機構，全球采掘業(yè)界、民眾、美國學術機構都沒有形成共識。
