“新知邦你读” 科学脱口秀 第二期 明天的灯因何而亮

(主持人:瘦驼 果壳网主笔)

从人类祖先的钻木取火,到可穿戴设备的大面积普及,科技的发展在刷新我们认知的同时,也真切的改变着我们的生活。高深莫测的科研成果暗含着何种原理,你想不到的材料科学如何在身边守护,新知邦你读。

今年的7月15号,有一则不那么让人开心的消息从夏威夷传来,瑞士探险家贝特朗皮卡尔宣布,阳光动力二号飞机由于锂电池损坏,不得不暂时停下环球航行的脚步。

熟悉太阳能和航空的朋友也许能感受到这个项目的挑战性。太阳能并不是一种很强大的能量来源,用稍微专业点的话语描述也就是,太阳能的能量密度太低了,所以即便是夏日正午阳光最强的时候,走在阳光里也不会有被烧熟的危险。而航空历来是需要强大动力的。

为了解决这个矛盾,阳光动力团队的作品——阳光动力二号就变成了这样一架飞机。巨大,翅膀比波音747还要长。超轻,只有一辆宝马760Li那么重。特慢,飞行速度还不如高速公路上的汽车。大是为了有更大的面积可以用来贴太阳能电池驱动那四台电动机,轻自然是为了减少能耗,慢则是大而轻之后的必然结果。

正如皮卡尔所说的,太阳能是一个不错的选项,并不是终极解决方案。光伏电池的能量转换效率目前还在30%以下,科学家们正在努力提高这个数字。另外,光伏组件的寿命也有不确定性。但最近一个名叫“寻找中国最美光伏老组件”的活动刚刚结束,主办方在中国不同的气候区域发现了一些有10年以上,甚至是近30年历史的老组件,它们经历了时间和气候的考验,至今仍在发电运行。从一定程度上回答了“光伏电池组件真的能使用25 年吗?”这个问题。为这次活动提供技术支持的杜邦公司认为:提高光伏组件转换效率、可靠性和使用寿命的关键是材料。

比如杜邦™特能®(Tedlar®)PVF薄膜就是这样一种材料。用它生产的背板可以协助保护光伏组件的寿命达到25年以上,从而改善光伏系统的电力输出,耐久性、可靠性以及投资回报。

太阳能和风能、潮汐能这些新能源的另外一个问题是受自然条件限制,它们不能24小时不间断地提供稳定的能源输出,这与人们对能源的稳定需求是有冲突的。

解决这个问题的一个方案就是制造一个能量储藏机构,人类自上世纪70年代发明锂离子聚合物电池以来,已经有四十多年没有在化学电池领域取得突破性进展了。电池的能量密度仍然很有限,所以才有了智能手机一天一充的怨念。

不过最近一两年来,各种关于电池的新技术突破层出不穷,比如使用了碳纳米管的锂电池可以把充电时间缩短为现在的十分之一,而铝离子电池可以杜绝锂电池易燃易爆的风险。各种敲门声不绝于耳,意味着新的电池技术大门应该就快打开了。

另一种能量转化方式就是变废为宝,比如纤维素乙醇技术,用农业废弃物,主要是“作物”秸秆来生产生物乙醇,降低了环境污染。当然,跟太阳能类似,秸秆的能量密度也不高,且有周期性。大规模商业运作需要政策和市场的双重努力。今年7月,杜邦公司与国内有关单位签署了一项协议,准备在吉林建设一座纤维素乙醇生产厂,配套一个合理有机的秸秆收储运体系,从而实现纤维素乙醇项目可持续的发展。

除了把能量储存和转化,我们还能做的就是将这些波动的能量更好地分配出去。智能电网很好地解决了传统电网利用不合理的现象,让电线里传输的不仅仅是能量,还有信息,用计算机网络汇总电网中各个元素的数据,更有效地分配电力。

很多时候我们会联想并担心化石能源枯竭的时代到来,而科学家和先行者们给我们展示了人类的另外一种未来,新技术用更少的能耗满足我们生活的需求,同时新技术的产业化也带动新的经济增长。我们应当相信,让文明行驶向广阔未来的力量,可以更加强大,并且更加纯净。