替代性能源新突破：大枞树高辛烷火箭燃料 结晶热电出奇迹

大枞树正在被用来生产高辛烷含量最高的火箭燃料。图片来源：Crusier via Wikimedia Commons

作者：Tim Radford

从无线输电到使用枞树生产高辛烷值火箭燃料，科学家们正在不断在能源替代领域获得重大突破。它们为解决人类面临的能源危机带来了新的曙光。

科学家们在加强生物燃料，再利用废热，提升太阳能电池板发电效率，以及为整个房间无线传输电力等方面获得了重大发现，

美国科学家将一种肠道细菌与一棵枞树杂交，给它喂牛肉汤，看着它发生化学反应，进而产生辛烷含量最高的火箭燃料。通过把基因操作和微生物学结合在一起，他们为一种可用于军用航空和空间技术的新型生物燃料生产开辟出了一条新的道路。 佐治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)教授帕梅拉•佩拉尔塔-叶海亚和几位合作者发表在《合成生物学》杂志(Synthetic Biology)的研究报告声称，他们的新技术还需要进一步完善，才能提供一种能够与导弹燃料JP-10相匹配的高能量溶液。JP-10的化学分子式是C10H16，每加仑售价25美元，从每桶原油中只能提取一丁点。

但这几位科学家声称，通过这种方式生成的蒎烯是此前生物燃料研发工作的六倍。 蒎烯是一种松柏类植物生成的芳香型化学品，它是JP-10的母体，化学分子式也是C10H16。研究人员使用来自两棵北美松树和大枞树的酶素创制出微生物大肠杆菌，然后让这些细菌进入牛肉汤瓶。他们的最好成绩是每升牛肉汤产生32毫克蒎烯。

要想跟JP- 10竞争，科学家还需要把这个结果改善26倍。佩拉尔塔-叶海亚博士说，未来的问题“非常困难，但并非无法克服”。

结晶奇迹

在另一个彰显实验技术和学术智力的例子中，伊利诺伊州西北大学(Northwestern University)教授梅尔库里•卡纳齐季斯和他的同事开始试验化合物硒化锡的结晶形态，随后惊奇地发现，它具有热电潜能。

热电材料是非常差劲的热导体，但却是非常好的电导体。大多数能量最终成为废热，而且这个过程往往发生在远离内燃机或燃煤发电机的地方。因此，这个发现提高了这些废热被控制、然后转化为电能的可能性。

热电器件的评估涉及高度专业化的计算，比如“无量纲品质因数ZT”，但研究人员刊登在《自然》杂志(Nature)的报告显示，在650℃左右，他们的硒化锡晶体具有迄今为止最高的ZT值。

由于它是一种非常糟糕的热导体，这个样品的一侧可以加热，并保持热度，另一侧依然冷却。由于这些热量没有消散，它依然聚集在一起，我们可以再次用它来生产更多的电力。 “一种好的热电材料就是一个商业机会，它的商业意义跟科学意义同样重大，”该报告作者之一维纳亚克•德拉维德说。“一种材料就算只能把世界上少许被浪费的能量转化为有用的能量，它也足以让人兴奋不已。”

太阳眩光

当美国科学家正在寻找更强大的生物燃料，并且在相对常见的矿物质中发现意想不到的热电性能时，英国科学家却发现了一种能够从太阳能电池板中去除眩光的方法。

太阳能电场往往会产生一种有问题的眩光，英国拉夫堡大学(Loughborough University)的研发团队已经设计出一种多层防反射涂层，可以减少光伏板的阳光反射，同时还能改善它的效率。

射入的阳光往往会被普通的玻璃表面反射掉4%。所以，这种防刮耐用、用氧化锆和二氧化硅制成的涂层其实可以把电力产量提升4%。 其他研究人员正在寻找电力抵达消费者的创新方式。

韩国科技高级研究所(Korea Advanced Institute of Science and Technology)的研究人员报告称，他们已经开发了一种偶极子线圈共振系统，能够在5米内传输电力。比如，它可以满足一台大尺寸LED电视和3个40瓦风扇的用电量。

相较于美国麻省理工学院(MIT)在2007年进行的一次实验，这是一个巨大的进步。在MIT的实验中，电流的无线传输距离只有2米。

至少就目前而言，这项技术的实施成本依然高昂，它依然处于早期阶段。但研发者依然对这种技术寄予厚望。

“就像今天无所不在的Wi-Fi区域一样，我们最终将在餐厅和街道等场所创造许多无线电力区域，采用无线方式为电子设备提供电力，”核能和量子工程师Chun T Rim做出了这样的预言。“到那时，我们无需携带缠绕在一起的电线，也可以随时随地使用电子设备，再也不必发愁没有地方充电了。”