如果把地球上的公路都鋪成太陽能公路……
資本實驗室·今日創新觀察
聚焦前沿科技創新與傳統產業升級
據估計，全世界大約有0.2%到0.5%的陸地表面由道路覆蓋。另據預測，到2050年，這一比例還將上升60%。就僅為運輸之用來說，這一土地佔用比例是驚人的。
但是，如果道路還可用作太陽能發電設施，又會如何？太陽能公路會成為公路的未來嗎？
要解決這一問題，需要理清公路太陽能相較於傳統能源的優勢，也需要認識到這一技術當前存在的障礙。
1.太陽路公路——突破物理空間的限制
相較於可再生能源，化石燃料的優勢之一就是其能源密度。原因很簡單：石油、煤和天然氣等化石燃料都經過了數百萬年的存儲。這種存儲基本上是由植物（以及吃這些植物的動物）經過千秋萬載，利用光合作用存儲太陽能量，而逐漸積累而來的。因此，化石燃料的能源密度自然要高過實時可利用的太陽能。
換句話來說：化石燃料產出能量所需的土地面積要遠小於太陽能。
因此，利用可再生能源的一個主要障礙就是對大量物理空間的需求。與此同時，隨著我們的能源消耗持續上升，物理空間正在成為一個真正的問題。要知道，2016年全球初級能源總消耗達到478TW，並且這一數字還在逐年增長。
舉個例子，如果你想用玉米乙醇為我們供應所有能源，根據玉米乙醇的電力生產功率密度（大約0.2瓦/平方米，生物燃料中表現最差之一），那麼僅種植玉米你就需要超過2 x （10的15次方）平方米土地。不幸地是，這是地球表面積的4倍多。
反對可再生能源的倡導者們經常利用這一數據來鼓吹可再生能源基礎設施是不可能實現的。但這是一種誇大其辭。在沙漠中，太陽能電池板陣列的功率密度可達20瓦/平方米甚至更多。此外，太陽能電池板產生的能量是以優質電能的形式存在的。
化石燃燒發電場的效率並不是100%，一些工廠再將燃料轉化為電力時的損耗率甚至會高達70%。但能夠取代這些發電場的大規模的可再生能源將需要大量的土地。
因此，許多人想到利用公路來發電就再自然不過了。
2.充滿熱情的早期探索者
考慮到土地已經被覆蓋，用公路發電對環境的破壞相對會比較小。此外，發電站不會受地理位置偏遠問題的困擾。對維修來說，似乎也容易辦到……。
通過將道路與LED相結合，我們還可以擁有高效的街道照明、指示牌和路標。你甚至可以想像，通過無線電力傳輸，將來有一天，汽車可以在行駛的過程中由其行駛的道路實時充電。
這一想法可能聽起來有點牽強，但確實得到了多國政府和企業的熱切支持。
Solar Roadways是一家位於愛達荷州的初創公司，其太陽能公路創意視頻在youtube上的點擊量曾超過2200萬。該機構還在Indiegogo上發起了一場眾籌活動，並於2014年成功募集到近230萬美元資金。
很快，該公司的創始人Scott Brusaw，在自家後院建造了一個公路原型，其發電量是當時美國平均電力消耗的一半。不幸的是，太陽能公路需要的不僅僅是一點點動力，而懷疑的聲音開始大量湧現。
David Biello在《科學美國人》撰文指出「（高速公路的玻璃）一定需要鋼化、可自行清潔，還能在惡劣條件下，將光傳送到下面的太陽能電池上等眾多特性，這是一種尚不存在的玻璃。」
2017年12月28日，中國首條擁有自主知識產權的太陽能高速公路在山東濟南正式通車。
試驗道路全長1120米，預計年發電量約100萬千瓦時，每年可減少1550萬噸的二氧化碳排放。電動汽車在該公路上可以實現邊跑邊充電，下雪還能自動融化路面積雪。
這條公路採用的方法是在透明瀝青和一層隔離層之間置入太陽能電池板。由於表面鋪設的是透明瀝青而不是玻璃，可能克服上述材料問題，因為其建造者聲稱其能承受多於普通瀝青10倍的壓力。
2014年，荷蘭公司SolaRoad在阿姆斯特丹打造了一條太陽能供電的自行車道。該公司認為，隨著技術進步，成本會降低，太陽能道路會在15年內收回成本。
2016年12月，法國公路承包商Colas與法國國家太陽能研究院合作，在諾曼底地區的一個小鎮建造一條1000米長的太陽能公路Wattway，預計可以滿足5000人口小鎮的公共照明用電。
3.從理想到現實有多遠？
通過目前的實踐來看，太陽能公路在理論上講不是不可能的。可惜的是，在「不是不可能」和「實際應用」之間仍然存在一條很深的、充滿夢想的鴻溝。
首先是價格問題。
以Solar Roadways公司為例：如果你用該公司的價格進行估算，將全美公路都替換為太陽能公路的成本將達到56萬億美元，這簡直就是一個不可能的超級天文數字。
此外，中國的太陽能公路成本為458美元/每平方米，相比之下，Solar Roadways的價格為746美元/平方米，但很可能還不夠。因此，該公司曾眾籌的200多萬美元只能算是滄海一粟。
除了成本之外，還有一個非常現實的問題，那就是這能否作為能源危機的真正解決方案。
我們的道路並不總是建在鋪設太陽能電池板最理想的地方，而且它們也不能永遠都達到太陽能需要的理想仰角。如果清理掉撒哈拉沙漠太陽能板上的灰塵是一項挑戰，那麼道路在充當道路的同時又充當電力發動機將帶來一場維護噩夢。
再來看看太陽能電池板的功率密度問題。
以SolaRoad為例。該公司發言人說，荷蘭的原型公路據說表現「比預期要好」，每平方米每年可產生70千瓦時的電力，相當於預期產量得上限。但70千瓦時不是一個很大的數量。
如果你想要用這條路來為你的汽車充電，1平方米每年能為你提供一量特斯拉汽車行駛大約300英里所需要的能量。考慮到美國人平均每年行駛13475英里，這簡直可以忽略不計。
如何解決功率密度問題呢？如果按比例擴大一下荷蘭公路的原型，其將擁有8瓦/平方米的功率密度。如果你花費56萬億美元在這條太陽能道路上，你就能覆蓋大約7.5 x （10的10次方）平方米的太陽能板，併產生600GW的電力。
還不錯，儘管總能源消耗高一些，這些正是美國今天大約的用電量。但就56萬億美元來說，你可以做的更好。而且實際上來講，太陽能公路在融資方面的前景非常渺茫，因為太陽能和可再生資源還沒有像這樣大規模投入使用。
中國追隨太陽能公路的熱情象徵著中國對可再生能源創新解決方案的新動作。誰又知道呢？也許有一天，隨著太陽能電池板技術的進步，太陽能公路建造成本可能變得更低，並且更加高效，更加現實。
（編譯：齊達 原作者：Thomas Hornigold）
TAG:資本實驗室 |