其實地球是一臺發電機

陶穎

我們生活的地球是一顆會發光的星球。不過，它發出的并不是太陽那樣強烈耀目的可見光，而是肉眼無法感知的紅外線。紅外輻射蘊含著巨大的能量，美國哈佛大學的科學家提出，這種能量不應被白白浪費，它是一種被人們長期忽視的寶貴的可再生能源。

24小時持續發電

與其他清潔能源一樣，紅外輻射發電利用的也是熱力學原理——每當有能量從高溫處向低溫處流動時，就能獲得可再生能源。比如，太陽能電池利用的是光能從太陽（高溫）向地球（低溫）的流動，將光能轉換為電能。

據估算，地球表面以紅外輻射形式釋放的總熱量約為2 000億兆瓦，其中大部分被地球大氣層吸收。但是，大氣層對于波長8～13微米的紅外輻射卻沒有阻擋作用，結果就造成了地球熱量的持續外泄。

那么，從地球逸出的這股熱能的發電能力究竟有多強呢？根據相關監測設備采集到的數據，哈佛大學研究人員計算后得出，利用紅外輻射發電設備可獲得的發電量大約是普通太陽能電池的十分之一，發電效率為15%。這一數字顯然并不可觀，但是研究人員看中的并非是發電量的多少，而是發電時間的可持續性。

發電效率尚待突破

目前對于紅外輻射發電來說，最大的問題在于如何提高發電效率。最簡單的方法是采用一種可將熱能轉換成電能的熱電板，令熱電板的溫度低于周圍環境溫度，當地表散發的熱量流經熱電板時就會因溫差形成電流。但是，現有熱電板的熱電轉換效率非常低，流經的熱能通常僅有百分之幾被轉換為電能，使得這種方法幾乎不具備實用性。

為此，哈佛大學的研究人員提出了一種以微波整流天線為基礎的新設想。整流天線能接收和傳輸電磁波，可與帶二極管的電路相連。這種微波整流天線的能量轉換效率可以達到70%。但是，要將其運用到紅外輻射領域并不容易，因為紅外輻射的波長僅有微波的萬分之一左右，因此紅外整流天線的長度也要相應地縮短。

隨著近年來微型天線制造技術的日益發展，紅外整流天線的研發已成為可能。它在外觀上與常見的屋頂天線無異，只不過尺寸僅是后者的百萬分之一。研究人員設想，將配備有紅外整流天線的微型熱量采集裝置整合到傳統的太陽能板上，以增強其發電能力和延長供電時間。

將設想變為現實還有不少工作要做。首先，現有紅外整流天線產生的電壓太小，不足以形成足夠大的電流。此外，特定波長的紅外輻射產生的交流電電壓極不穩定，現有的普通二極管很難與其配合工作。也許，要從根本上解決問題，還有賴于目前尚處研發初級階段的新一代二極管的早日問世。

編輯/張懷宇