新能源新未來？

2014年諾貝爾物理學獎被美籍日裔科學家中村修二獲得，而他發明的藍光LED迅速成為公眾關注的焦點。除了其出現能為照明界帶來顛覆性的影響，藍光LED作為一種新型高效、環境友好型光源，能為節省地球資源做出卓越貢獻，由于這樣的特點，人們又一次把新能源這個話題推上了風口浪尖。全球興起的新能源熱，會是未來的出路嗎？

鈣鈦礦電池，太陽能黑馬？

太陽能電池是半導體材料器件，能夠把光能轉換為電能，這就是光生伏特效應。而利用這種效應，太陽能電池就能把太陽能轉換成電能。因此，電池的轉換效率越高，我們就能獲得越多的電能。于是科學家們便開始不斷地追求轉換效率更高的太陽能電池。到目前為止，人們通常見到的太陽能電池板，是用晶體硅材料制成的，經歷了將近50年的時間，其光電轉換效率最高能達到25%。但近期來自最熱門領域的鈣鈦礦太陽能電池有了很大的突破。從2009年到2014年，僅僅5年間，其光電轉換率提高了5倍，達到了19.4%。雖然不是目前光電轉換率最高的太陽能電池，但是因其更便宜，更易制造，且相對于先前別的太陽能電池，對環境傷害率較低，而成了太陽能電池中的佼佼者?？茖W家還發現，鈣鈦礦不僅吸光性好，也是目前較好的電荷運輸材料，由于科學家通過改進鈣鈦礦的結構層，使其轉換率一下子就攀升到了19.4%，來自牛津大學的亨利教授說，鈣鈦礦電池發展如此迅猛，這個紀錄很可能馬上就會被打破，并且有可能改變整個太陽能電池業的格局。

但是至于它的未來，我們還不能急于對它「托付終身」。想要實現鈣鈦礦電池的巨大商業價值，目前還有三個難題需要解決。

1.有毒。鈣鈦礦電池材料含有鉛，這將會對人體和環境有一定危害。美國西北大學已研發出一種用錫代替鉛的鈣鈦礦太陽能電池，不過這種電池的光電轉換率偏低，目前只有6%。不過其發展空間還是很大的，效率在未來的提升空間當然也不可小覷。

2.不穩定。鈣鈦礦中的鉛容易氧化揮發，遇水時則易分解。如果使用鈣鈦礦電池發電，會有可能出現滲出，對環境造成威脅。

3.壽命不長。目前，壽命最長的鈣鈦礦太陽能電池可達1000小時，而傳統晶硅電池壽命一般可達25年，比鈣鈦礦電池長得多。

雖然鈣鈦礦電池的未來困難重重，但是它依舊算是太陽能電池中的一匹黑馬，即使需要不斷改進，也要繼續前行。也許有一天，人類就依靠它來提供電力了。

「海洋蒸汽機」能成為現實嗎？

如果說哪種新能源能配得上「蒸汽朋克」的名號，那就非海水溫差發電機（OTEC）莫屬了。它的原理在于，海洋是一個巨大而且不斷得到補充的太陽能存儲介質。這些熱量大部分存儲在最頂層的100米以內，而在100米以下，來自極地的海洋水基本上總是保持在4℃～5℃，換句話說：從這種熱量差異中可以獲得能量。

基本上來說，全世界所有的火力與核能電站都要由蒸汽渦輪驅動，但是它們產生蒸汽要么靠燃燒污染大氣的煤炭，要么會產生仍在爭論中的核廢料。所以OTEC提供蒸汽的方式是清潔而且是無限制的。

但這一切都只是理想世界中發生的事情，在現實生活中，海洋熱梯度給予的東西，都會被設備奪走，主要的問題在于獲取深層的冷水：泵送電站運轉所需的巨量海水需要1000米長的管道，而且管道尺寸和強度還要足以承受生產每1千瓦電力所需的每秒數立方米海水的流量，把所有過程都考慮進去后，OTEC電站效能跌倒了4%～6%。

意大利米蘭理工大學的保拉教授對OTEC進行了改良，他將OTEC與太陽能結合，建立出一種新型的OTEC電站模型。這種模型電站在溫暖海水被用于蒸發之前，先利用太陽能提升其溫度。就像是廉價的太陽能集熱器，這樣便能將電站日間產出增長到原來的3倍。所以在2013年，一座50千瓦的示范性OTEC電站在日本沖繩縣的久米島開始運行。同時在夏威夷，馬凱海洋工程公司正在其位于夏威夷大島的海洋能源研究中心建造一座100千瓦的電站。2014年，荷蘭代爾夫特理工大學衍生公司Bluerise計劃在加勒比海庫拉索島國際機場附近建造一座500千瓦的OTEC電站。

但即使是這樣，科學家巴爾馬塞達依舊提出了一個疑問：氣候畢竟是變化多端的，熱量的吸收在空間、深度和時間上并不均勻，而且有可能在氣候變化過程中吸收大量熱量，縮小了至關重要的表層和深層海水溫差。所以由于這個因素的限制，所有建起的OTEC電站只存在于地球上赤道兩旁包括熱帶和亞熱帶在內的一條相對狹窄的帶狀區域內。如果想要繼續向更大的范圍擴展，還需要更嚴格的模型研制和實際的探測。

海藻一小時變原油？

一位來自美國能源部西北太平洋國家實驗室的工程師，將一碗海藻漿泵入到一個化學反應器的前端，該系統啟動并開始運行后，不到1小時就流出了原油、水和含磷的副產品。其實在我們已知的生產清潔能源的方法中，利用藻類生產的生物燃料最接近于海底沉積物產生的原油。而科學家們將這個需要進行數百萬年的反應在1小時內就完成了。

負責這項研究的科學家埃利奧特依據水熱液化反應原理設計了這套反應裝置。在這套系統中，藻類和水的混合物被連續加入到反應釜中進行反應。反應釜中的高壓使得水的溫度能夠達到300℃～400℃，此時的水介于液相和氣相之間的超臨界態。在這樣的條件下，藻類中的生物質能夠被快速降解。之后利用一系列收集和過濾裝置，研究人員即可得到原油及一系列副產物。

相較于之前的生物燃料，藻類原油有更大的優勢。根據美國能源部的估算，滿足美國本土每日的燃油需求，需要用美國國土面積的一半來種植大豆；而如果使用藻類原油，則僅需大約39000平方千米的土地。而且相對于汽油而言，利用藻類生產燃油更為清潔，藻類在生長過程中能夠吸收大氣中的二氧化碳，在一定程度上降低了碳排放。且由于藻類可在廢水中大量繁殖，其產物也可以生物降解，整個生產過程對環境造成的負擔較小。

現在，美國新墨西哥州哥倫布市的藍寶石能源公司已經進行了日產量100桶的海藻煉油試驗。如果一切進展順利，該技術有望在2018年正式商業化，日產量達到10000桶。

但有一個不為普遍人所知的問題也凸顯了出來，埃利奧特教授說，看似藻類生長的環境很容易獲得，但實際上收集足夠多的用于生產原油的藻類是一件很困難的事。并且生產實際運用的藻類燃料的成本也比人們想象中昂貴。所以到目前為止，沒有任何公司能將藻類石油的成本降至化石石油的水平。無論是現在還是未來都算是該技術面臨的最大障礙。

繁榮表象后面的隱患

太過依賴政府補貼

除了水利和地熱發電外，其他可再生能源無法在不依靠政府補貼的情況下與傳統能源競爭。

在美國，根據美國審計總署的數據，前幾年美國政府一直在對乙醇制造業進行稅收補貼，其間一共花去了納稅人61億美元。

除此之外，乙醇制造業還帶來了3項隱性支出：第一是水土流失；第二是化肥中多余的硝酸鹽會隨著河流進入墨西哥灣，在沿岸形成死亡區；第三，作為世界上最大的糧食出口國，美國把40%的玉米收成用于乙醇生產，并且最大的浪費在于，用其制造出的乙醇燃料，大多數都用于低效能的乙醇動力汽車。

的確，用補貼刺激新能源發展的做法出發點是好的，但是人們必須思索，對新能源的經濟補貼，是否能起到顯著的效果。

政府的長期巨額補貼還使得各國都產生了很多負面的連鎖效應。例如，行業發展過熱、過度投資、產能過剩等一系列負面效應。其中一個例子就是在前年，歐盟27國新增太陽能發電裝機約2100萬千瓦，占全球太陽能發電新增裝機的75%，其中意大利新增900萬千瓦，居世界第一；意大利工業部長曾表示，可再生能源公共資金激勵措施已經導致太陽能發電和風電領域的過度投資，已引發價格扭曲。

在此情況下，為了給發展過熱的新能源行業降溫、應對債務危機、削減財政赤字，許多歐洲國家被迫調整新能源補貼機制，削減新能源補貼。

成本依舊高居不下

歐洲風能協會和美國風能協會都聲稱，風電的價格已經低于火電；而太陽能的支持者根據光伏電池成本迅速降低的走勢預測，未來太陽能電力的價格會非常低廉。

然而，一些研究者卻分析道，要建造太陽能發電站，不僅需要光伏電池，還需要支架、換流器以及人力。這些相關物資的費用并沒有大幅降低。美國緬因州東部沿海小鎮卡斯廷，最近豎起了一臺黃色的海上風力發電機組，這是美國乃至整個北美地區首個離岸漂浮式海上風力發電機組。相較于美國有著瀕臨太平洋、大西洋的地理優勢，以及海上風電資源豐富、風速穩定等優點，美國為何至今才有了第一臺海上風力發電組？ 原因是海上風電高昂的建設成本和傳輸成本，而且其電價是陸基電價的兩倍。美國能源部的數據指出，目前美國海上風電的發電成本大約為每1000千瓦時243美元，而同量陸上風電的成本僅為97美元。這又不得不再次提到了美國可再生能源產業嚴重依賴于私人投資，風電行業只有從聯邦政府那里得到更多的財政支持，才能與化石燃料進行競爭。

選址和維護

以大型風電場為例。其選址就常常引起爭議。許多人討厭它們的噪音，而且擔心它們對遷徙的鳥群和蝙蝠的不良影響。例如那些選址在近海的風電項目就出現了一些新問題。比如說，在馬薩諸塞州的馬薩葡萄園島，原計劃建造美國第一座近海風力發電場，然而由于當地居民的反對，這個項目被擱置了數年。風能的不連續性，使人們難以預估幾天內的發電量，而大型風電機組運作經驗的不足，又給項目帶來了更大的不確定性。也許我們還需要一些時間，來了解風力發電機在20年到30年壽命里的穩定性，以及維修費用。

設想一下，如果大型風力發電場都分布在風能充足，土地遼闊的大平原，對于像丹麥這樣面積不大，和鄰國聯系緊密的國家來說，這并不算什么大問題。然而要是放在美國，卻需要鋪設幾千公里的輸電線，把電能送到東西海岸用電量大的地區。這樣高額的費用和維護成本就很難保證其可行性了。加之對于風能和太陽能行業的補貼日漸減少，這個問題更加難以解決。

新舊交替的緩慢進程

想要在幾年內迅速用新能源代替石化燃料幾乎是不可能的。美國石油和天然氣分析師蓋特說，想要改變當今世界基于化石燃料的能源系統，是一項極其艱巨的任務。這個能源系統每年生產70億噸的硬煤和褐煤、40億噸的原油，以及3萬億立方米的天然氣，然后將它們轉化為1.4萬億瓦的電能。無數煤礦、油田和氣田、煉油廠、輸油管、各種運油車、加油站、發電廠、變壓器、輸電線，還有幾億部消耗著汽油、煤油、柴油，或是其他燃料油的引擎——共同組成了世界上最龐大、最昂貴的系統。這一系統的建設，花費了幾代人的時間，也消耗了數十萬億美元的金錢。

因此，無論是在10年、20年還是50年的時間里，這個系統都不可能被徹底取代。要想建設一個具有同樣規模和可靠性的新能源系統，不僅需耗時數十年，還要付出巨額的開支。這將需要未來幾代工程師的共同努力。

并且有人算了一筆賬：到2025年，風力發電機將迎來30歲生日，到那時，假如其在美國的發電份額能達到15%，就已經算是成功了。而對于太陽能發電的市場份額，即使是最樂觀的預測，也達不到這個比例的一半。尋找無碳能源是一項值得努力的目標；有朝一日，某些新能源終將占領市場。但是，想要達到這個目標，還需要從長計議。

為清潔能源領域開辟新模式

加州太陽城公司和奧克蘭的桑吉維提公司想到的分布式發電的好主意，不僅能讓人們減少安裝標準平板太陽能電池板的負擔，還為清潔能源領域的發展開辟了新模式。

10年前，為將近300平方米的住宅安裝一套屋頂式太陽能電池板，房主需要花費約45，000美元。現在的價格不到20，000美元。雖然看似這個價格也并不便宜，但房主不必提前支付，而是可以與加州的太陽城公司和奧克蘭的桑吉維提公司合作，以每個月119美元的價格租賃一套系統，這樣算下來就比傳統的電費賬單便宜多了。

近日太陽城公司與美國銀行簽署了3.5億美元的信貸合同，將為12萬戶軍人家庭提供電力供應。太陽城公司的事務負責人約翰·斯坦頓把這一方案比作現在很普遍的向辦公室出租復印機。斯坦頓宣稱，這是將長達60年的業務設備運營模式用于太陽能產業，。

租賃模式結合若干軟件進步，改變了屋頂式太陽能業務。過去需要幾個月時間搞定一筆住宅設備的銷售，如今，這些公司可以將遠程繪圖和數學計算相結合，幫助確定一戶住宅究竟需要多少太陽能電池板，以及如何定位。整個過程可在幾周內落實。

而且太陽城公司還得到了美國各州政府對于清潔能源的補貼和稅收減免。當他們在某戶人家的屋頂安裝太陽能系統時，可以獲得政府提供的一些優惠，進一步降低了價格。政府的減免措施可以優惠40%～50%的組件成本，幫助客戶形成一種新的價值觀：那就是從裝上太陽能系統第一天起就能省錢，而且不用投資，并且環保。

2011年日本福島核電站事故發生后，許多國家停止了新核電站的建設，甚至關掉了現有的反應堆。但最近很多人的思想開始轉變，特別是美國、英國的知名氣候學家，以及原先的反核人士，開始表現出對核能的支持。近日科學家正在研發使用新型反應堆，用替代冷卻液來取代水——比如美國核能轉換公司的熔鹽冷卻反應堆，以及美國潔凈能源應用技術開發公司的液態鉛鉍反應堆。這類創新設計，吸引了包括比爾·蓋茨在內的許多億萬富翁投資支持。核能轉換公司甚至還在今年的美國能源部高級研究規劃署年度峰會上，贏得了能源投資人頒發的最高獎項。比爾·蓋茨在去年的ARPA-E峰會上說：「在核能的智能應用方面，只要新設計能符合嚴格的標準，我們就應該允許大膽創新，而且核能也許能讓我們從三方面減少溫室氣體排放：提高能源效率；使用低碳能源；以及使用電動汽車?！共⑶抑С趾四艿娜苏J為，世界頂尖設計的反應堆實際上可以靠核廢料運行，也能消除核熔毀的威脅。另外，不得不承認核能是所有主要能源中，每單位電力導致事故死亡人數最小的發電方式，甚至比太陽能還要低。