解决能源挑战的新方法
Stuart F. Brown, Anne VanderMey | 2012-03-13 00:00
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在全球各地的实验室，科学家正在研究从可续航500英里的汽车电池到太空太阳能发电厂等各种能带来根本变化的技术。
打造能让汽车行驶500英里的电池
电动汽车梦想实现的目标是消除对里程的忧虑，让你在荒郊野外开车时不再担心半道没电。今天的电动汽车行程不超过100英里，比如日产公司（Nissan）的聆风（Leaf）。然而，IBM的科学家正在拼命寻找更好的技术。在上个世纪90年代，研究人员猜想，他们可以通过将锂、氧结合来制造能源，生产出了今年所说的锂空气电池（见下面的图表）。今天，IBM和世界其他50个实验室合作，研究充电一次能让汽车跑500公里的锂空气电池，对于宝马（BMW）的i3概念车来说，这有可能是一项改变游戏规则的技术。
挑战是大量充电有难度，续航性也是个问题。此外，要让电动车实现超车，电池必须快速释放电力，这就要求采用昂贵的纳米技术。IBM公司在该项目上的首席研究员温弗莱德·维尔克（Winfried Wilcke）说：“目前离成功还比较远，但它的潜力让我们激动。”蓝色巨人预计，2013年会推出样品，商业化最早要到这个十年的末期才能实现。——Anne VanderMey
太空发电
从太空向地球输送太阳能的创意因艾萨克·阿西莫夫（Isaac Asimov，美国科幻小说作家——译注）在1941的一部短篇小说。在阿氏的小说中，这种装置是由一名叫小可爱（Cutie）的机器人控制的。今天，太阳能空间站听起来似乎还很遥远，但美国和日本的科学家正在研制当代的太阳能输送装置。随可着太空飞行和太阳能池板成本下降，这一方案已经变得可行了。
它的工作方式是怎样的呢？电池板会在空间轨道上运行，每天24小时收集能量，不受刮风、下雨和夜晚的影响。为美国航空宇航局（NAS）研究这一概念的M.V.史密斯上校（M.V. Smith，绰号“土狼”）称，空天的电池板的效率比陆基电池板高43倍。卫星将以微波辐射的形式向地球发送能源。难以置信吗？NASA的先进概念研究部门的前主管约翰·曼金斯（John Mankins）已经成功地在夏威夷做了试验，让电力在两个岛屿之间无线传送。
难题在于成本。曼金斯说，建设一个大型太阳能传送站需耗资数十亿美元。尽管有两个大学正在做这项研究，怀疑者仍然大有人在。《今日太阳能》杂志(Solar Today)的编辑赛斯·马西亚（Seth Masia）说：“如果有意投资的人坐下来拿笔算算成本，他们就会不再接你的电话了。”不过，有些新工程正带来希望，比如微软（Microsoft）创始人保罗·艾伦（Paul Allen）的飞机项目，未来有望让发射卫星在经济上更加可行。再加太阳能电池板越来越便宜，这一技术有望在转瞬间由幻想变成现实。 ——A.V.
驾驭太阳的力量
自从冷聚变惨遭失败以后，想以经济上可行的方法复制太阳创造的能量几乎成了笑话。这种情况有望发生改变。有希望的核聚变反应堆设计方案主要有两种，一是环形真空室磁线圈，又称托克马克（tokamak），另一种是惰性封闭系统，但这些设计还再过二三十年才能实现。而且，它们要配备巨大的超导磁力系统或是超强的激光阵列，都需耗资数百亿美元。
加拿大的一家小公司通用聚变（General Fusion）拥有一种名为“磁化目标聚变”的新技术，费用仅为其他设计方案的一小部分。这个由私人赞助的项目已经吸引了3,200万美元的投资，投资者包括亚马逊公司（Amazon）的首席执行官杰夫·贝索斯（Jeff Bezos），它的运营与大科学项目的传统方式不一样。从前的大项目只有资金充裕的政府才拿得出钱搞研发和建设大型实验设备。公司的首席执行官道格·理奇蒙（Doug Richmond）说：“如果我们的项目要持续20年，我们永远拿不到钱。但我们承诺，5年内实现能量净增益。现在，我们正在走向里程碑。”
通用聚变公司的设计方案与另外两种方案有共同之处，但它要采用远为简单和廉价的设备来实现聚变。公司的反应堆利用了美国海军实验室30年前开始进行的一项工作，采取功率非常强大的气动活塞。活塞插入一个球形金属容器上孔中，理奇蒙将这个容器比作威浮球。在恰当的时刻发动活塞，产生声音的冲击波，内部的高温液态铅和液态锂在冲击波的压力下旋转，然后注入氘气，在高温和压力作用下发生聚变。通用聚变公司针对活塞设计了一套控制系统，将海军的创意变成了现实。几十年前，这种控制系统还做不出来。
如果这项久远的技术得以成功应用，未来的人们就可以得到清洁、安全的能源了。
——Stuart F. Brown
在海底寻找燃料
在寻找经济实惠生物燃料的竞赛中，研究人员现在看上了一种令人惊奇的资源：海草。尽管用水底的藻类制造廉价燃料已经证明很难，但海草即大型海藻的潜在优势巨大。这是世界上生长最快的植物，所需养殖面积比陆地作物少，此外，还不用养殖场划出明确疆界。用它制成的燃料的碳排放低于当前头号酒精作物——玉米。
更重要的是，燃料科学家说，海草中的糖占到其干质量的一半，这是新的原料。因为我们可以很容易地将糖转化成乙醇或丁醇。一家新创企业生物建筑实验室公司（Bio Architecture Lab）已经与杜邦公司（DuPont）、能源部的先进研究计划署（ARPA-E）、挪威的国家石油公司（Statoil）合作开发能释放海草糖分中能源的化学技术，创造出一种比其他替代燃料更便宜的燃料。
生物建筑实验室公司总部位于伯克利，已经在智利的海利建设了三个海草养殖场。工人们在船车用绞车和缆绳将大把的海草收割上来。不久前，公司在智利的拉戈斯地区开工建造一座乙醇生产厂，预计在2013年开始运营。挑战在于，在实验室里制造少量的燃料是一回事，但量产则是一个全球性的大业务。这一技术能够以低成本升级吗？——A.V.
译者：穆淑
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