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              科壇春秋——新能源

              作者: 時間:2016年11月22日瀏覽次數:576
              時間:2016年11月22日瀏覽次數:576

              也許未來,我們將不再需要電網供電,煤電污染就此消失。一根根液體管道會通到千家萬戶,人類可以用這些液體發電滿足用電所需。這不是癡人說夢,在上海大學校園里,一項前沿的科研正在進行——


              近期,美國國家專利局批準的中國人的一項名為“全固態室溫納米催化燃燒發電”的發明專利引起了世界范圍的廣泛關注,被國外眾多科學家認為是“具有廣泛應用前景的革命性新能源技術”。這是一項什么樣的技術,它究竟蘊含著何種理論基礎,將為人類帶來什么樣的變革?日前記者前往了該發明專利的獲得者上海大學胡志宇教授所在實驗室進行采訪。


              能量最大限度被使用


              我們平時的用能方式,大部分都是以燃燒和高溫的方式獲取能量。比如汽車發動機的溫度在1000度以上,汽油能量70%轉化為熱能浪費,僅30%能量轉化為動能得到了利用。發動機的高溫高壓還會產生大量氧化氮氣體,其是形成酸雨主要成分。


              能否在室溫下,在不大量排放熱能的前提下,讓能量得到最大限度的使用呢?在胡志宇教授的實驗室中,這一切成了可能。他用鉑納米顆??墒沟眉状?、乙醇或氫氣和空氣的混合物,在室溫條件下發生自動可持續性的燃燒,產生持續性地室溫放熱。


              記者見到,沾有鉑納米顆粒的玻璃纖維放到甲醇溶液上方,玻璃纖維就開始出現火星和蒸汽,但是燒的通紅的玻璃纖維放在手上卻一點也不覺得熱。



              胡志宇教授告訴記者,甲醇分子接觸到鉑納米顆粒催化劑后,就開始發生氧化反應,放出能量,但是由于在納米尺度下,所以熱能釋放僅僅局限于納米顆粒表面,不會把熱量浪費在加熱周邊環境,熱能損耗降低了。


              更為神奇的是,當鉑納米顆粒與由現代化的納微加工等高技術手段制造的熱電轉換單元結合在一起的時候,只需要維持20度左右的溫差,單位面積上的熱電子就能獲得足夠大動能,電子如同機槍子彈般在正勢電勢場的引導下,穿透一層納米結構的絕緣材料,從而產生持續輸出的定向電流。理論上的能量轉化效率可80%,目前該實驗室已經能達到40%-45%。更為重要的是這種燃燒的速度可控,由于是納米尺度,催化劑的用量非常小。


              成本被大幅度降低

              胡志宇告訴記者,納米尺度的燃燒這一科研成果將大大降低人類的用電成本。就拿甲醇來說,其能量密度是6.3千瓦×小時/公斤,轉化效率可達40~50%。今年1-6月,全國甲醇產量合計為811萬噸,同比增長53.3%,每噸是2000元左右,還出現了一定積壓。只要批量生產出高效的熱電轉換單元,2元的錢(1公斤)的甲醇能發電大約3度電能(1度電=1千瓦×小時),比由太陽能光伏發電的成本低很多。也許若干年之后,在諸多工程人員的努力下,會出現這樣一副美好的用電場景。在原產地,工作人員通過煤氣化得到大量的甲醇和乙醇,然后將其通過管道輸送到千家萬戶,家家戶戶都能實時發電。過去的電網和為傳輸需要產生的交流電模式都將逐步消失。



              而目前最有價值的探索可能發生在化學電池的替代方面。由于電池的制造工藝和原件的原因,目前的五號電池價格在2元左右,其僅僅能夠提供1瓦每小時的電能。而用了納米尺度燃燒技術所制造的納米發動機系統將使得電池成本千倍下降。


              胡志宇介紹說,甲醇、乙醇是非常安全的液體能源,納米燃燒后產生的只有二氧化碳和水。如同今天給汽車加汽油一樣,利用這項技術,今后只要把這些液體加注到裝備有納米發動機的新一代電動汽車中去,就可以長時間地提供持續電能,將為電動汽車的廣泛普及提供基礎。


              破解人類能量使用難題

              甲醇、乙醇是從煤、石油、天然氣中提煉,用的還是化學能,燃燒后還是會散發出二氧化碳,不能完全解決碳減排的問題。充分利用太陽的能量才是胡志宇在科研上的最終目標。在美國橡樹嶺國家實驗室工作時,胡志宇就經常會盯著太陽思索半天。他的夢想是充分利用太陽給予地球的能量,滿足人類的能耗所需。



              這并非是天方夜譚。胡志宇告訴記者,太陽主要給人類提供的是兩種能量,熱能和光能,而熱能的總量大大超過光能。目前太陽能的研究之路出現了偏差。近年來,各國研究人員已經認識到,不能依靠光伏太陽能來滿足人類的能量所需,事實上,根據國際能源署的報告,2009年各國對于太陽熱能(如太陽能熱水器)的實際使用是光伏發電能量的6倍。但目太陽熱能發電的科研進展卻十分有限。


              胡志宇的設想是充分收集太陽熱能,在相對很小的溫度差條件下,通過特殊構建的納米尺度熱電轉換系統,將這些能量最高效率地轉化為電能。


              “到那時,大規模的燃燒將被中止,有毒有害氣體將不再被排放,地球的溫室效應將逐步減弱,一個清潔美麗充滿生機的地球將展現在我們的面前?!焙居顚τ诩夹g的未來充滿信心。 


               

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