新能源

可持续的“终极方案”，研究路漫漫

从某种程度上说，靠吸碳达到“碳中和”，治标不治本。开发绿色可持续能源系统，不仅可从根本上改变人类依赖化石燃料的能源结构现状，同时也可消除由化石燃料利用所引发的环境问题。

“相比环境破坏，火力发电和交通运输，造成了全球约三分之二的碳排放。”西湖大学工学院特聘研究员王建辉认为，解决问题，要从开发清洁能源，以及研发高效率的能源存储和转化装置入手。

风力、阳光、水力——自然界的清洁能源无处不在。“自然，换个词形容，也就是靠天吃饭。内陆比沿海缺水、夏季比冬季少风、晚上没有太阳……这意味着它们的供应并不稳定。另一方面，释放的电能看不见摸不着，储存和传输都是大问题。核能很清洁，也因潜在危险让人又爱又怕”。

能否将这些不可控制的能量，转化为一种像化石燃料一样方便使用的化学能量载体？

氢能，能。

氢气，“赤条条来赤条条去”，燃烧后除了水，什么也不会留下。燃烧值是汽油的3倍。

但制氢不易。

目前的大部分氢气依然来自化石能源，占大约世界产氢量的96%，从根本上说还是“死循环”。过去二三十年，科学家一直在研究，怎么样让水在太阳底下晒出氢能源。“它需要在水里放一块特殊材料去催化反应。但目前的光-氢能源转化率还只有3%左右。利用硅等太阳能电池材料，太阳能的光电转换率能达到20%到30%。”

一个虽然成本依旧高昂，但有下降趋势的“节约”方案是，在风、光能过剩的地区建设产氢设备，将多余电力通过装置转化为氢气储存起来。

可储氢更难。

燃料电池是把化学能转化为电能的转化装置，但全世界科学家研究了数十年，却尚未实现“物美价廉”。

氢燃料电池的储氢方式，分物理和化学两种。物理储存，即用高压把氢气“压”进罐子，制成“高压氢气罐”。以汽车为例，日本丰田在近年开发的“Mirai”氢燃料电池车，一个罐子卖10万元人民币，一个为罐子加氢的加氢站投资成本为1500万到2000万元人民币。

从2019年开始，中国氢能发展步入“快车道”，现投运加氢站70多座。中国石化销售上海石油分公司总经理沈辉曾透露，加氢站每公斤氢只有十几块钱毛利，每年运营费高达200多万，几乎都处于亏损状态。

“而且在大众认知里，氢气容易爆炸。要开装氢气罐的车满大街跑，老百姓适应起来恐怕有障碍。”过去十多年里一直从事储能研究工作的王建辉，主要的研究之一，是利用氢和其他材料的化学反应方式进行化学存氢。

镍氢电池一度是市场主流，在早年的数码相机、混动汽车里应用广泛。但很快，它的“霸权”地位被锂电池后来居上。主要还是因为不实惠。

“一来，同等体积下，锂离子电池比镍氢电池的能量密度要高出近一倍。”王建辉说，过去十年，数码相机、手机、手提电脑等科技产品越来越轻薄便携，功能越来越多，对电池续航能力要求也就越来越高。

“二来，镍氢电池中所需的稀土金属开采成本高，全世界资源存储分布不均。”他记得，早年日本从中国购买稀土原料制成产品后，又高价卖回给中国。

科学研究从来不是一蹴而就。

在研究氢能的同时，王建辉还一直关注着锂离子电池相关研究。“锂离子电池代表当下的主流，供给手机、小汽车等小型机器；氢能源代表未来的可能，供给卡车等大型机器——它们都是新能源存储技术，可以很好互补。”如何提升其能量密度，以及解决“活泼”的锂金属易放热而造成起火爆炸的安全问题，都还有待进一步研究。

于全人类，要在规定时间内完成“碳中和”任务，是一种自我拯救。这是一条迫在眉睫，却又很长，却也没有捷径的路。

于个人，先从日常小事着手：每天非电动牙刷能少排出48克二氧化碳；晾晒衣服代替滚筒干衣机少排2.3公斤二氧化碳；下班关电脑代替待机少排三分之一二氧化碳……

所以，今天，你低碳了吗？

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