2016年全球最具影响力的五大清洁能源技术


整个2016年,全球在清洁能源推广方面可谓是“硕果累累”。其中最具有代表性的事件有巴黎气候协议生效,太阳能装置的价格持续下降,可再生能源成为全球投资热点,而且今年,美国也在大力发展其海上风电项目。这一系列技术的进步不仅是让可持续能源的能源转化率更加高效,也使得其价格愈加亲民。



高效的转化率和亲民的价格才是推广清洁能源的关键,科技的发展是避免气候变化产生恶劣影响的最可靠方法。即使现在的可再生能源技术在推广方面积极扩大,但仍然不能满足全世界的能源需求。据美国可再生能源实验室的分析,到2050年美国能源缺口将达到约20%。此外,联合国政府间气候变化专门委员会也认为,到本世纪中期,世界必须要减少约70%温室气体排放量,到2100年将温室气体排放量减少为零,只有这样,才能有机会避免全球性的温室效应,保住那些海平面以下的城市,以及避免大规模物种灭绝和世界性的干旱。


因此,我们厄待更高效的可再生能源,更经济的能源存储方式,更智能的电网以及用于捕获温室气体的有效系统。下面DT君就给大家简单梳理一下2016年在清洁能源推广方面最被看好的几项科技进步。


人工光合作用


目前,在可再生能源组合技术中,一个最为关键的问题就是如何寻找可以替代汽油等其他燃料的清洁液体燃料。现在看来,最有前途的解决方法可能就是人工光合作用了,它能模仿来自大自然中的阳光,将二氧化碳和水转化为燃料。


今年夏天,哈佛大学的科学家丹尼尔·诺切拉(Daniel Nocera)和帕米拉·西尔维尔(Pamela Silvers)带领他们的研究团队,开发了一种“仿生叶片”,可以捕获并转换太阳光中约10%的能量,这项研究成果一经发布,便在业界引起强烈轰动。


这种“仿生叶片”比大自然中植物的光合作用效率要高10倍。在哈佛大学的实验室中,研究人员使用由钴-磷合金制成的催化剂将水分解成氢气和氧气,然后用一种特殊的细菌将二氧化碳和氢气转化成液体燃料。



最近几个月,在世界其他地方,科学家们在太阳能燃料装置的效率和耐久性方面也取得了突破性进展,这其中就包括劳伦斯伯克利国家实验室和人工光合作用联合研发中心。今年,后者实验室创造了一种太阳能驱动装置,将二氧化碳转化为甲酸。甲酸盐可以用作专用燃料电池的能量源。


太阳能热光伏电池


今年春天,来自麻省理工学院的一个研究团队表示,太阳能热光伏设备的发展可能会超过太阳能电池板中常规光伏电池的理论效率极限。因为这些常规太阳能电池只能从太阳光的一部分色谱中吸收能量,这其中主要是从紫色到红色的可见光。


而麻省理工的科学家们增加了一个由碳纳米管纳米光子晶体组成的“过渡”组件,它们的功能类似于漏斗,就是将太阳光能量收集后聚集成窄带光。位于“过渡组件”中的纳米管在整个颜色光谱上捕获能量,这其中就包括不可见的紫外线和红外波,纳米管可将其全部转换成热能。研究人员建议,该技术的优化版本有可能突破传统太阳能电池的理论上的约30%的效率上限


虽然这还有一个很长的路要走,但至少在理论上,这种改进的太阳能热光电池可以达到80%能量转换效率。众所周知,“听天由命”仍然是太阳能发电的致命缺点之一。而这也成为了该项技术了另一个关键优势,那就是该过程最终由热驱动,即使在使用过程中天气突然转阴,设备也可以继续运行,从而大大避免了使用间歇性


钙钛矿太阳能电池


钙钛矿太阳能电池廉价、易于生产,并且可以非常有效地吸收光。这种薄膜材料是一类具有特定晶体结构的混合有机和无机化合物,它可以像标准光伏电池中硅一样捕获自然光。



然而,对于这种材料,一个最为关键的问题就是其耐久性这种材料在吸收太阳能的化合物后会慢慢降解,尤其是在潮湿和炎热的条件下,其降解速度会更快。


今年,斯坦福大学、洛斯阿拉莫斯国家实验室和瑞士联邦理工学院等研究机构在提高钙钛矿太阳能电池的稳定性方面取得了长足的进步,在《自然》、《自然能源》和《科学》等国际顶级期刊上都发表了相关的研究论文。伯克利劳伦斯国家实验室的科学家Ian Sharp说:“在今年,在钙钛矿电池方面有一些真正令人印象深刻的进展。”与此同时,来自世界各地的其他研究人员也都成功地提高了钙钛矿太阳能电池的效率,并确定了该项技术进一步发展的新途径。


碳储存


在美国,火力发电产生的二氧化碳占全国二氧化碳输出量的30%,因此在源头控制这些排放至关重要。今年出现了一些在发电厂中捕获碳的新兴方法(其中包括碳酸盐燃料电池),以及一些有前景科技进展。



截至目前,对于碳捕获技术而言,如何处理这些成功捕获后的碳材料成为一个棘手的难题。而且这并不是一个小问题,毕竟全世界每年会产生近400亿的二氧化碳。古人云,世间万物,相生相克,对于这一问题,科学家们似乎也找到了新的解决办法,那就是掩埋二氧化碳并将其变成石头。2012年以来,冰岛雷克雅未克的能源固碳项目一直在向地下注入二氧化碳和水,进而与该地区丰富的火山玄武岩发生反应。


今年6月发表在《科学》杂志上的一篇研究发现,95%的二氧化碳在不到两年内就已经矿化,远远超过了人们预期的几十万年。截至目前为止,那些深埋在地下的温室气还并没有发生泄漏。这都表明它可能比现有的处理方法更便宜、更安全。


从二氧化碳到乙醇


从本质上讲,对于捕获的二氧化碳而言,它的另一个归宿择是通过科学家的努力,将其再循环回可用的燃料



今年早些时候,美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员偶然发现了一种将二氧化碳转化为乙醇的方法,并将其用于汽油添加剂根据10月发表于《Chemistry Select》的研究,该团队开发了一种由碳、铜和氮制成的具有纹理表面的催化剂,可与二氧化碳发生一种电化学反应。当施加电压时,该装置以高效率将二氧化碳溶液转化为乙醇。材料也相对便宜,并且整个过程在室温下工作,这是未来商业化的关键优势。


作为该项目的首席科学家亚当罗丁诺在一篇新闻稿中说道“我们正在试图使用二氧化碳推动燃烧反应后退几步”。当前,除了转化捕获的二氧化碳外,该方法还可用于储存来自风能和太阳能发电的多余能量。




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