清潔能源未來之星

聯(lián)合國[微博]新一輪氣候談判將于11月30日至12月11日在法國巴黎舉行，加快取代部分傳統(tǒng)化石能源的速度，讓清潔能源真正地造福我們的生活，或?qū)⒊蔀楸敬未髸衢T話題之一。

近日，Climatescope——一份展現(xiàn)全球各國家和地區(qū)清潔能源發(fā)展競爭力的研究報告發(fā)布并宣稱，過去一段時間發(fā)展中國家和地區(qū)吸引清潔能源投資額度已高達1260億美元，其中僅在中國的投資額就超過890億美元。金磚國家開發(fā)銀行副行長LeslieMaasdorp日前表示，金磚銀行明年二季度將發(fā)放首批貸款，其中60%的項目落地在清潔能源領(lǐng)域。

顯然，全球在更多使用清潔能源的問題上已經(jīng)達成了共識。如何讓清潔能源價格更為低廉，比傳統(tǒng)化石能源更好用，成為擺在人們面前的另一道難題。相關(guān)專家認為，持續(xù)進行的技術(shù)革命，是清潔能源與傳統(tǒng)能源博弈的一枚重要砝碼。

近期舉行的彭博未來能源亞太峰會上，多位知名企業(yè)高管、投資咨詢機構(gòu)合伙人在會上展望未來10-20年清潔能源科技創(chuàng)新時表示，核聚變發(fā)電或成為下一步發(fā)電技術(shù)。氫能源、碳封存等具有爭議的技術(shù)也將有望讓我們的世界變得更為綠色。從應(yīng)用推廣角度來看，能量儲存技術(shù)和電池技術(shù)創(chuàng)新則將是關(guān)鍵。

“不可能”的研究仍在繼續(xù)

面對大氣污染以及溫室氣體排放引發(fā)的各種氣候異常問題，人們已經(jīng)意識到必須減少化石能源在一次能源消費結(jié)構(gòu)中比例，同時尋求更清潔的能源替代?；谏鲜瞿康模^去10-20年間，大量的風(fēng)電、光電、水電、核電廠在全球各地出現(xiàn)，尤其是在歐美國家，光伏發(fā)電的比例逐年攀升。

然而，也有不同觀點認為，上述能源并不能完全稱為清潔能源，以光伏發(fā)電為例，光伏電池板制造過程是高耗能的，且充斥著各種污染。核電方面更是存在安全隱患，2011年發(fā)生日本福島核泄漏事件至今讓許多國家心有戚戚焉。

從技術(shù)角度來說，人們似乎還能找到更為清潔的能源。咨詢機構(gòu)M&LPartners合伙人ChivasLam認為，發(fā)電在過去20年沒有什么新的技術(shù)的出現(xiàn)，不管是核能、水電、太陽能還是風(fēng)能，只能說規(guī)模在不斷放大。他認為下一步發(fā)電中真正的創(chuàng)新是核聚變，而不是核裂變的發(fā)電。

當(dāng)兩個原子被狠勁擠壓并最終結(jié)合在一起時，就會發(fā)生核聚變。由此形成的更大的原子便會釋放出驚人的能量。這種現(xiàn)象一般自然地發(fā)生于太陽中心。核聚變發(fā)電則是把聚變?nèi)剂霞訜岬?億度以上的高溫，讓它產(chǎn)生核聚變，然后利用熱能。相比核裂變，核聚變沒有長久存在的放射性廢棄物，且是一種幾乎無限量的能源供應(yīng)，因此又被稱為人造太陽。

由于目前研究人員仍無法做到自由控制核聚變，不看好此項研究的核物理學(xué)家揶揄稱，核聚變發(fā)電距離商業(yè)化應(yīng)用永遠都有20年的距離。盡管被認為不可能實現(xiàn)，近年來有關(guān)可控核聚變的研究還是不斷傳出取得突破的消息。

中國科學(xué)家在合肥使用熱核聚變裝置EAST（超托克馬克裝置，一個能產(chǎn)生足夠強的環(huán)形磁場的裝置）完成了放電實驗，獲得電流200千安、時間接近3秒的高溫等離子體放電。

2014年，美國華盛頓大學(xué)的工程師們在國際原子能機構(gòu)的聚變能會議上展示了他們設(shè)計的一種概念核聚變反應(yīng)器，這一設(shè)計是建立在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，在封閉空間里創(chuàng)造了一個磁場，從而保證等離子體停留足夠長的時間以引發(fā)核聚變的產(chǎn)生，使得炙熱的等離子體反應(yīng)并燃燒。通過驅(qū)動電流至等離子體里就能夠產(chǎn)生大部分的磁場，這將減少所需要的材料量。根據(jù)與大型燃煤電廠成本進行比對計算，按上述設(shè)計思路建造的核聚變電廠與燃煤火力發(fā)電廠發(fā)電所耗費成本相當(dāng)。

《紐約時報》網(wǎng)絡(luò)版今年10月底報道稱，在一些科技大腕及風(fēng)險投資機構(gòu)的支持下，美國的科技創(chuàng)業(yè)公司從政府手中接過了有關(guān)核聚變研究的重擔(dān)，試圖在聚變發(fā)電領(lǐng)域取得突破。今年6月份，一家名為TriAlphaEnergy的公司，其開發(fā)的機器將一個氫氣體球加熱至1000萬攝氏度，并且在這個氣體球散開前維持了5毫秒，這比此前政府項目取得的成果要大。

氫能社會或?qū)崿F(xiàn)

“我覺得再過5-10年，我們是能夠?qū)崿F(xiàn)氫能的社會，氫氣變成能源。我覺得氫能會有一個體系、系統(tǒng)的出現(xiàn)，向我們的社會提供能源。”日本新能源及產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）新能源技術(shù)局局長ShintaroMatsumoto相對看好氫能源的發(fā)展。

與核聚變一樣，氫能源同樣具有取之不盡且無污染的屬性。但有關(guān)氫能源的推廣應(yīng)用，同樣充滿著爭議。從軍工領(lǐng)域來看，航天飛機和火箭早就采用了液氫燃料。如今全球研究者們則是在尋找大量且廉價生產(chǎn)氫燃料的方法。研究者們通過陽光以及加入催化劑等方法分解水來取得氫氣，紅鞭毛桿菌、紅螺菌等微生物也被發(fā)現(xiàn)能在陽光作用下制取氫氣。ShintaroMatsumoto表示，如果氫能源未來幾年被證明是有效的話，將來風(fēng)能也可以轉(zhuǎn)化成氫能進行輸送。資料顯示，日本正加速構(gòu)建氫能源社會，目前加氫站密度位列全球第一。制氫方面則從天然氣、水電解、褐煤以及污泥等途徑獲取氫。

對于汽車廠商們來說，對于氫能源的終極使用莫過于氫燃料電池。區(qū)別于傳統(tǒng)的化學(xué)干電池，氫燃料電池其實是一種發(fā)電裝置，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程中只會產(chǎn)生水和熱，不產(chǎn)生污染。近日舉行的第44屆東京國際汽車展上，豐田汽車推出了一輛藍白色的氫燃料電池概念車——FCVPlu，據(jù)豐田方面介紹，通過不斷提升技術(shù)，未來將減少鉑金這類貴金屬催化劑的使用，進一步降低氫燃料汽車的成本。

尋找污染更少的新能源是緩解溫室氣體排放的一個路徑，直接將二氧化碳捕捉進行封存，則是穩(wěn)定大氣溫室氣體濃度的減緩行動組合中的一種選擇方案。這種技術(shù)最早應(yīng)用于煉油、化工等行業(yè)。將二氧化碳注入油氣層起到驅(qū)油作用，既可以提高采收率，又實現(xiàn)了碳封存，兼顧了經(jīng)濟效益和減排效果。然而對于燃煤電廠來說，實現(xiàn)碳捕捉面臨著種種困難。

據(jù)悉，中國一些電廠已經(jīng)進行過一些碳捕捉和封存的實踐，由于成本高且缺少經(jīng)濟規(guī)模，推進并不順利。挪威石油公司中國區(qū)總裁陳新華表示，另一方面碳封存還存在泄漏和安全的問題。如果能將二氧化碳轉(zhuǎn)化為其他化學(xué)物質(zhì)，在能源轉(zhuǎn)換方面來說將有更好的未來。

資料顯示，南京大學(xué)[微博]的研究人員曾利用人工光合成反應(yīng)，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳氫化合物燃料。,美國喬治華盛頓大學(xué)(GeorgeWashingtonUniversity)能源所主任StuartLicht設(shè)計了最終循環(huán)機。他和同事在實驗室建造了一個太陽能反應(yīng)堆，借用太陽光把二氧化碳再一次轉(zhuǎn)化成燃料。

喬治亞大學(xué)生物能源研究部學(xué)者宣布，通過改變所研究的微生物的基因物質(zhì)來模擬植物的光合作用，這種生物與二氧化碳產(chǎn)生反應(yīng)后會生成3-羥基丙酸，這是一種工業(yè)材料。

福特汽車[微博]則將投資350萬歐元用于研究可替代燃料，而德國政府也參與資助了這項為期三年的計劃，用以測試全球首輛以二甲醚和甲氧基乙醚作為燃料的汽車。這兩種醚類物質(zhì)均通過天然氣或沼氣提取，亦可通過一種被稱為“powertoliquid”（利用風(fēng)能、太陽能等可再生能源和空氣中的二氧化碳為原料）的復(fù)雜工藝合成。

電池、儲能技術(shù)發(fā)展有望立竿見影

“能源是非常短暫的，所以我們需要進行儲存。”彭博新能源財經(jīng)顧問委員會主席MichaelLiebreich指出。在諸多新能源專家看來，一方面需要尋找更有清潔低廉安全的能源來逐步替代現(xiàn)有的化石能源。另一方面大量的可再生能源發(fā)電無法消納，白白浪費的問題更迫切需要得到解決。

“能源存儲對于低碳經(jīng)濟是不可或缺的一個支柱。”陳新華認為。壓縮空氣儲能技術(shù)和其他的電池技術(shù)進行結(jié)合，會是未來解決方案之一。他以中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)電機系教授盧強及其團隊研發(fā)的壓縮空氣儲能罐舉例。壓縮空氣利用了分子的內(nèi)力，儲能罐里的空氣壓力是40兆帕，即400個大氣壓。只要閘門一開，壓縮空氣就將噴射而出。用12缸、24缸的發(fā)動機來驅(qū)動一個轉(zhuǎn)動的大軸，大軸連著發(fā)電機，給了磁場就能發(fā)電。壓縮空氣儲能不受地理條件限制，可利用無法消納的“垃圾電力”，排放的則是冷空氣，不會造成污染。

軟銀中國資本管理合伙人AlanSong透露，已經(jīng)花了5年的時間研究電池，他認為液態(tài)電池是有發(fā)展?jié)摿Φ?。投資過的幾個公司正在做能量儲備方面的網(wǎng)絡(luò)，能效非常高，正在利用可再生能源來進行電池的生產(chǎn)。

液流電池系統(tǒng)則被認為是未來風(fēng)光儲能最佳路徑之一。在可再生能源使用比例較高的德國，相關(guān)公司已經(jīng)可以為客戶提供包括高能鈉硫電池系統(tǒng)在內(nèi)的智能集成控制電池系統(tǒng)，將各種可再生能源存儲起來并隨時調(diào)用，其反應(yīng)時間比普通電廠的電力平衡系統(tǒng)要快3000倍。

目前全釩液流電池技和鋅溴液流電池已經(jīng)進入了商用和應(yīng)用推廣階段。然而因活性物質(zhì)成本較高，研究人員們也在研發(fā)其他技術(shù)路線的液流電池。哈佛大學(xué)一個研究團隊去年在《自然》雜志上發(fā)表論文，介紹了“無金屬有機-無機水液流電池”，突破了液流電池以金屬為基礎(chǔ)的材料結(jié)構(gòu)。該團隊使用了自然界大量存在的廉價有機材料醌分子，只需儲油桶大小的醌液流電池，就能借助屋頂太陽能板儲存一天的太陽能，而成本僅為全釩液流電池成本的三分之一。

德國耶拿大學(xué)(FSUJena)的化學(xué)家研究組研究的氧化還原液流電池使用了有機聚合物和無害鹽水溶液。在測試中，這種液流電池可承受高達10000次充電周期，且不喪失關(guān)鍵儲存量。而中國同樣走在液流電池研發(fā)技術(shù)前端，中國企業(yè)不但開發(fā)了全球最大規(guī)模的全釩液流電池儲能系統(tǒng)，中國科研人員還參與研究制定了國際的液流電池標(biāo)準(zhǔn)體系。

相較于液流電池系統(tǒng)適用于大規(guī)模的儲能應(yīng)用項目。我們熟悉的鋰電池則在日常領(lǐng)域發(fā)揮著能量儲存作用。大量有關(guān)提高電池性能、降低制造成本以及減少充電時間的研究仍在持續(xù)推進。

近日，日本東京理科大學(xué)研究人員宣稱在新一代鉀離子電池的研發(fā)中獲得突破。這種電池適合在短時間內(nèi)的充電及一次性釋放大量電流，輸出高功率。不過受制于尚未找到合適的正極材料。預(yù)計這一鉀離子電池最早將于明年才能問世。

特斯拉[微博]純電動汽車在全球掀起風(fēng)暴后，其選用的三元材料電池跟著一起走紅。相對傳統(tǒng)磷酸鐵鋰電池，三元材料電池能量密度更大，續(xù)航里程更長，使得電動汽車的性能逐漸與傳統(tǒng)燃油汽車看齊。這令不少原先生產(chǎn)磷酸鐵鋰電池的廠家紛紛轉(zhuǎn)向了三元鋰電池。來自德國的最新消息稱，特斯拉CEO馬斯克尋求在德國建造電池制造廠，瞄準(zhǔn)德國的家用儲能市場，或令三元電池的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛。

比起核聚變發(fā)電、氫能社會構(gòu)建，儲能、電池技術(shù)進步看起來要容易得多。相關(guān)專家認為，我們的世界變得更加綠色，短期內(nèi)顯然將最先得益于儲能和電池技術(shù)的進步。

據(jù)相關(guān)機構(gòu)測算，到2020年，僅我國儲能產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模有望超過2000億，包括風(fēng)、光電站配套儲能、分布式發(fā)電及微網(wǎng)儲能、新能源汽車車用儲能、通信基站儲能等。而電池儲能方面，據(jù)BCCResearch的預(yù)測，到2020年市場規(guī)模約為39億美元，年復(fù)合增長率保持在25.1%。

備注：數(shù)據(jù)僅供參考，不作為投資依據(jù)。