王馨立

全球人口很快將達(dá)70億，各種各樣的嚴(yán)峻考驗(yàn)必將接踵而至，其中，能源需求無疑處于首位。眾所周知，地球上現(xiàn)有資源已日趨短缺，最終將走向枯竭，因此人們不斷探索尋求著新能源。好消息是目前科研人員在這方面已經(jīng)取得了驕人進(jìn)展和非凡業(yè)績(jī)，具體表現(xiàn)在將陽光、熔巖和海浪轉(zhuǎn)化為替代能源，并利用各種方法向太空要能源。

“瓶裝”陽光：利用太陽能，路人皆知——光生伏打電池能將太陽光轉(zhuǎn)化為電，而這里提及的另一款式太陽光熱系統(tǒng)利用的則是太陽熱。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的化學(xué)家彼得·沃爾哈特設(shè)計(jì)出一種特有材料，它能將上述兩種太陽能利用方法有機(jī)結(jié)合在一起，其過程是先捕獲光能，后將其儲(chǔ)存，直到它作為熱量被需求時(shí)再將之釋放。這種新奇的材料有一個(gè)原子結(jié)構(gòu)，當(dāng)它被暴露在光線下時(shí)會(huì)改變形狀，此時(shí)用少量的熱量或用一種光學(xué)催化劑就能促使分子快速恢復(fù)成原來狀態(tài)，并發(fā)射出能量。目前，沃爾哈特團(tuán)隊(duì)正運(yùn)用這個(gè)原理開發(fā)一種可再充式的熱量電池，他說，我們的夢(mèng)想是用加利福尼亞的陽光來加熱一杯濃咖啡。

地下熱能：2009年，一支由美國(guó)和冰島聯(lián)合組成的鉆井隊(duì)前往冰島火山附近尋找高溫水，指望能在附近的地?zé)峋姓业?70°F的高熱蒸汽，這種高熱蒸汽可以用來發(fā)電。但鉆探任務(wù)只達(dá)到所他們計(jì)劃的1.5萬英尺一半深的時(shí)候，熾熱的巖漿就進(jìn)入了地?zé)峋@井隊(duì)不得不立即停止作業(yè)。出人意料的是，一個(gè)非常的驚喜隨之而來——這股巖漿竟是高達(dá)750°F的干蒸汽流，它非常適合用來驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)，且能發(fā)電滿足數(shù)萬住戶的用電量。目前科研人員正積極搜尋地表下較淺部位的巖漿以作為后備能源。

海洋電能：仿效飛機(jī)雙翼上渦輪機(jī)葉片的設(shè)計(jì)理念，美國(guó)空軍學(xué)院的工程師斯蒂芬·西格爾創(chuàng)造出一種超高效水輪機(jī)，它能將海洋波浪產(chǎn)生的能量的80%轉(zhuǎn)化為電力。經(jīng)典水輪機(jī)依靠水的直接推動(dòng)來轉(zhuǎn)化能量，但這種水輪機(jī)運(yùn)用在海洋中會(huì)浪費(fèi)海波的一半能量。對(duì)此，西格爾設(shè)計(jì)了圓形海浪能量轉(zhuǎn)換器，使效率增加了3倍。美國(guó)能源部已經(jīng)計(jì)劃撥?？铋_始專項(xiàng)試驗(yàn)。

太空太陽能：科學(xué)家們正在進(jìn)行的另一項(xiàng)尖端能源試驗(yàn)是，使用衛(wèi)星收集太空中的太陽能，然后發(fā)射光束到地球并轉(zhuǎn)化成電力供普通人使用。

在地面上，利用太陽能來發(fā)電存在一定的局限性，而以太空為基礎(chǔ)的太陽能電池板能產(chǎn)生比地球上多達(dá)5倍以上的能量，且能免受天氣原因的干擾和因黑夜失去的時(shí)間。2007年，美國(guó)國(guó)家空間協(xié)會(huì)一項(xiàng)研究表明，在與地球同步軌道上半英里寬帶的光伏所產(chǎn)生的能量相等于地球上一年的剩油量。雖然發(fā)射專為收集太陽能工作的衛(wèi)星花費(fèi)較大，但也還切實(shí)可行。 衛(wèi)星上裝配的太陽能板可一天24小時(shí)不停地收集太陽能，并將此轉(zhuǎn)換成紅外線的激光束，高效應(yīng)的激光束能把捕獲而來的80%的能量傳輸?shù)降孛婊厣系慕邮掌?。激光束設(shè)計(jì)為寬60英尺，而地面接收站面積可達(dá)9700平方英尺，如果光束在通過地球大氣層遇到厚厚的云層時(shí)，衛(wèi)星還可改變方向轉(zhuǎn)交給其他衛(wèi)星或網(wǎng)上接收器。

今年7月，歐洲航天局所屬公司將在德國(guó)進(jìn)行紅外線激光束傳輸系統(tǒng)的可行性測(cè)試，公司計(jì)劃2016年發(fā)射一顆預(yù)試衛(wèi)星，它裝配有500平方英尺大小的太陽能板，能輸送幾千瓦功率的電力到地面接收站。

于此同時(shí)，日本宇宙研究開發(fā)機(jī)構(gòu)（JAXA）和總部設(shè)在加利福尼亞的Solaren公司正計(jì)劃用激波來傳輸太陽能電力。2008年物理學(xué)家們?cè)谖⒉l率成功地將20瓦的波束從太平洋中心北部的毛伊島山射向夏威夷島，距離為92英里。JAXA目前已與多家公司聯(lián)合，準(zhǔn)備耗資210億美元，進(jìn)行30年的衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃，衛(wèi)星在太空的每一塊太陽能板面積可達(dá)2.5平方英里，爭(zhēng)取產(chǎn)電1千兆瓦，大約相當(dāng)于一個(gè)核電廠的發(fā)電量。

美國(guó)太陽能高級(jí)研究集團(tuán)所屬一個(gè)獨(dú)立宣傳小組聲稱：未來，在軌道空間，將有數(shù)以千計(jì)這樣的衛(wèi)星。

如果以太空為基地的太陽能動(dòng)力衛(wèi)星真的被發(fā)射，那么這個(gè)“如果”意味著首個(gè)受惠者將可能是南北兩極區(qū)域的研究實(shí)驗(yàn)室和其他短期需要供電的地方。目前美國(guó)國(guó)防部也表示對(duì)發(fā)射太空太陽能電力到戰(zhàn)場(chǎng)上有巨大的興趣，原因是戰(zhàn)地燃料輸送的成本已達(dá)到每加侖400美元之多，這對(duì)美國(guó)軍方無疑有著巨大的有誘惑力。

至于它們對(duì)于環(huán)境影響，英國(guó)薩里大學(xué)、正在為這一系統(tǒng)工作的物理學(xué)家斯蒂芬·史威內(nèi)表示：它們不會(huì)使地球變熱或改變氣候，更不會(huì)因激光使用的波長(zhǎng)光束傷害任何動(dòng)物，即使他們闖入光束進(jìn)行的路徑。（圖片/美國(guó)《大眾科學(xué)》）