2016年全球最具影響力的五大清潔能源技術

整個2016年，全球在清潔能源推廣方面可謂是「碩果累累」。其中最具有代表性的事件有巴黎氣候協議生效，太陽能裝置的價格持續下降，可再生能源成為全球投資熱點，而且今年，美國也在大力發展其海上風電項目。

這一系列技術的進步不僅是讓可持續能源的能源轉化率更加高效，也使得其價格愈加親民。

高效的轉化率和親民的價格才是推廣清潔能源的關鍵，科技的發展是避免氣候變化產生惡劣影響的最可靠方法。

即使現在的可再生能源技術在推廣方面積極擴大，但仍然不能滿足全世界的能源需求。據美國可再生能源實驗室的分析，到2050年美國能源缺口將達到約20％。此外，聯合國政府間氣候變化專門委員會也認為，到本世紀中期，世界必須要減少約70%溫室氣體排放量，到2100年將溫室氣體排放量減少為零，只有這樣，才能有機會避免全球性的溫室效應，保住那些海平面以下的城市，以及避免大規模物種滅絕和世界性的乾旱。

因此，我們厄待更高效的可再生能源，更經濟的能源存儲方式，更智能的電網以及用於捕獲溫室氣體的有效系統。下面DT君就給大家簡單梳理一下2016年在清潔能源推廣方面最被看好的幾項科技進步。

人工光合作用

目前，在可再生能源組合技術中，一個最為關鍵的問題就是如何尋找可以替代汽油等其他燃料的清潔液體燃料。現在看來，最有前途的解決方法可能就是人工光合作用了，它能模仿來自大自然中的陽光，將二氧化碳和水轉化為燃料。

人工光合作用原理圖

今年夏天，哈佛大學的科學家丹尼爾·諾切拉（Daniel Nocera）和帕米拉·西爾維爾（Pamela Silvers）帶領他們的研究團隊，開發了一種「仿生葉片」，可以捕獲並轉換太陽光中約10％的能量，這項研究成果一經發布，便在業界引起強烈轟動。

這種「仿生葉片」比大自然中植物的光合作用效率要高10倍。在哈佛大學的實驗室中，研究人員使用由鈷-磷合金製成的催化劑將水分解成氫氣和氧氣，然後用一種特殊的細菌將二氧化碳和氫氣轉化成液體燃料。

仿生葉片

最近幾個月，在世界其他地方，科學家們在太陽能燃料裝置的效率和耐久性方面也取得了突破性進展，這其中就包括勞倫斯伯克利國家實驗室和人工光合作用聯合研發中心。今年，後者實驗室創造了一種太陽能驅動裝置，將二氧化碳轉化為甲酸。甲酸鹽可以用作專用燃料電池的能量源。

太陽能熱光伏電池

今年春天，來自麻省理工學院的一個研究團隊表示，太陽能熱光伏設備的發展可能會超過太陽能電池板中常規光伏電池的理論效率極限。因為這些常規太陽能電池只能從太陽光的一部分色譜中吸收能量，這其中主要是從紫色到紅色的可見光。

而麻省理工的科學家們增加了一個由碳納米管和納米光子晶體組成的「過渡」組件，它們的功能類似於漏斗，就是將太陽光能量收集後聚集成窄帶光。

位於「過渡組件」中的納米管在整個顏色光譜上捕獲能量，這其中就包括不可見的紫外線和紅外波，納米管可將其全部轉換成熱能。研究人員建議，該技術的優化版本有可能突破傳統太陽能電池的理論上的約30％的效率上限。

雖然這還有一個很長的路要走，但至少在理論上，這種改進的太陽能熱光電池可以達到80％能量轉換效率。眾所周知，「聽天由命」仍然是太陽能發電的致命缺點之一。而這也成為了該項技術了另一個關鍵優勢，那就是該過程最終由熱驅動，即使在使用過程中天氣突然轉陰，設備也可以繼續運行，從而大大避免了使用間歇性。

鈣鈦礦太陽能電池

鈣鈦礦太陽能電池廉價、易於生產，並且可以非常有效地吸收光。這種薄膜材料是一類具有特定晶體結構的混合有機和無機化合物，它可以像標準光伏電池中硅一樣捕獲自然光。

新型鈣鈦礦太陽能電池的構成和能量轉化率

然而，對於這種材料，一個最為關鍵的問題就是其耐久性。這種材料在吸收太陽能的化合物後會慢慢降解，尤其是在潮濕和炎熱的條件下，其降解速度會更快。

今年，斯坦福大學、洛斯阿拉莫斯國家實驗室和瑞士聯邦理工學院等研究機構在提高鈣鈦礦太陽能電池的穩定性方面取得了長足的進步，在《自然》、《自然能源》和《科學》等國際頂級期刊上都發表了相關的研究論文。

伯克利勞倫斯國家實驗室的科學家Ian Sharp說：「在今年，在鈣鈦礦電池方面有一些真正令人印象深刻的進展。」與此同時，來自世界各地的其他研究人員也都成功地提高了鈣鈦礦太陽能電池的效率，並確定了該項技術進一步發展的新途徑。

碳儲存

在美國，火力發電產生的二氧化碳佔全國二氧化碳輸出量的30%，因此在源頭控制這些排放至關重要。今年出現了一些在發電廠中捕獲碳的新興方法（其中包括碳酸鹽燃料電池），以及一些有前景科技進展。

二氧化碳注入技術示意圖

截至目前，對於碳捕獲技術而言，如何處理這些成功捕獲後的碳材料成為一個棘手的難題。而且這並不是一個小問題，畢竟全世界每年會產生近400億噸的二氧化碳。

古人云，世間萬物，相生相剋，對於這一問題，科學家們似乎也找到了新的解決辦法，那就是掩埋二氧化碳並將其變成石頭。2012年以來，冰島雷克雅未克的能源固碳項目一直在向地下注入二氧化碳和水，進而與該地區豐富的火山玄武岩發生反應。

今年6月發表在《科學》雜誌上的一篇研究發現，95％的二氧化碳在不到兩年內就已經礦化，遠遠超過了人們預期的幾十萬年。截至目前為止，那些深埋在地下的溫室氣還並沒有發生泄漏。這都表明它可能比現有的處理方法更便宜、更安全。

從二氧化碳到乙醇

從本質上講，對於捕獲的二氧化碳而言，它的另一個歸宿擇是通過科學家的努力，將其再循環回可用的燃料。

今年早些時候，美國能源部橡樹嶺國家實驗室的研究人員偶然發現了一種將二氧化碳轉化為乙醇的方法，並將其用於汽油添加劑。

根據10月發表於《Chemistry Select》的研究，該團隊開發了一種由碳、銅和氮製成的具有紋理表面的催化劑，可與二氧化碳發生一種電化學反應。當施加電壓時，該裝置以高效率將二氧化碳溶液轉化為乙醇。材料也相對便宜，並且整個過程在室溫下工作，這是未來商業化的關鍵優勢。

作為該項目的首席科學家亞當羅丁諾在一篇新聞稿中說道「我們正在試圖使用二氧化碳推動燃燒反應後退幾步」。當前，除了轉化捕獲的二氧化碳外，該方法還可用於儲存來自風能和太陽能發電的多餘能量。