2009-07-31 02:22:49
你可曾想過，人們一直推崇的可再生能源技術(shù)所需的許多原材料或許不可再生？近期在倫敦召開的能源會議的主題之一就是推進(jìn)可再生能源技術(shù)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。與會人員表示，實際上目前大多數(shù)先進(jìn)的可再生能源技術(shù)通常都基于不可再生的資源，科學(xué)家需要尋找更好的方式，以求能夠讓再生能源技術(shù)真正實現(xiàn)再生。
新能源發(fā)展危機(jī)重重
美國IBM公司的蘇普拉蒂克·古哈在會上談到，硅太陽能電池的銷售量與日俱增。當(dāng)今90%以上的太陽能電池板，都在生產(chǎn)過程中使用了大量的硅；2008年用于太陽能電池生產(chǎn)的硅晶片的總量首次超過了制造微電子器械所需的數(shù)量，硅太陽能電池的效率可達(dá)到25%，但這種低效電池的發(fā)電量卻很難與礦物燃料所產(chǎn)生的電能相抗衡。雖然硅僅次于氧，屬于地殼中含量十分豐富的基礎(chǔ)元素，但以其為原料制成的最先進(jìn)的太陽能硅電池卻也要依賴于比硅更加稀少的不可再生原料———稀有金屬銦。
雖然各界都非常看好太陽能的未來前景，但太陽能電池卻十分依賴稀有金屬銦。事實上，現(xiàn)存的含銦礦物不足10種，其儲量也都十分稀少，總量約占地殼的四百萬分之一。由于制造液晶顯示屏耗費了大量的稀有金屬元素，銦的價格已在近年內(nèi)飆升至每公斤1000美元。不考慮含銦太陽能電池板的盛行對該金屬的消耗，目前的銦儲量僅能再維持10年左右。如果太陽能成為未來的主要電力來源，太陽能電池板將覆蓋大部分地區(qū)，尋找銦的替代品也變得至關(guān)重要。
而世人熱捧的“氫經(jīng)濟(jì)”也面臨著類似的挑戰(zhàn)。雖然氫是地球上最豐富的元素，但自然界存在的氫極少，需要將含氫物質(zhì)加工后方能得到氫氣。英國智能能源公司的保羅·愛德考克就表示，目前最低廉的制氫方式也很難得以實現(xiàn)。而利用細(xì)菌酶“分解”水等新型制氫方法在成功商業(yè)化前，也有很長的路要走。
燃料電池前景不樂觀
迄今為止，燃料電池仍是把氣體轉(zhuǎn)化為電能的最有效方式，但這需要昂貴的鉑作為催化劑材料，以加快化學(xué)反應(yīng)的速率。其原理是把氫氣送到負(fù)極，經(jīng)鉑的催化作用，將氫原子中的兩個電子分離出來。這兩個電子在正極的吸引下，經(jīng)外部電路產(chǎn)生電流，失去電子的氫離子可穿過質(zhì)子交換膜，即固體電解質(zhì)，在正極與氧原子和電子重新結(jié)合為水。由于氧可直接從空氣中獲得，只要不斷給負(fù)極供應(yīng)氫氣，并及時把水蒸氣帶走，燃料電池就能不斷地提供電能，其能量轉(zhuǎn)換效率將遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的火電廠。
但問題在于，鉑比銦更為稀少，價格以每克多少美元計算。有預(yù)測表明，如果我們現(xiàn)今所使用的500多萬輛汽車都裝上燃料電池，世界上的鉑將在15年之內(nèi)耗盡。而令人倍感遺憾的是不含鉑的燃料電池在測試成功后還有很長時間才能步入正軌。中國武漢大學(xué)研發(fā)出的鎳催化燃料電池的最大輸出功率只有含鉑燃料電池的10%%左右。近期的一項研究指出，碳納米管將比鉑作為催化劑發(fā)電更經(jīng)濟(jì)、有效，但如何將這種技術(shù)的輝煌前景轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實還需要科研人員未來多年的奮斗與努力。
為了解決鉑的稀缺問題，業(yè)界正考慮通過鉑與其他金屬形成合金來制造催化劑。目前采用較多的是鉑與釕的合金，也有人提出添加鈦以減少鉑的用量；而氧化鉬和鈷等新材料的研究也在進(jìn)行之中，但目前尚未出現(xiàn)大的進(jìn)展。
食品還是燃料？
現(xiàn)今，生物燃料已成為炙手可熱的可再生能源，世界各國都在大力發(fā)展生物燃料。然而，利用糧食生產(chǎn)生物燃料的方式卻引發(fā)了極大的爭議。倫敦帝國理工學(xué)院的奧希利歐·鮑恩就表示，因為制造生物燃料所引發(fā)的耕地占用和糧食危機(jī)都讓人倍感憂心，不得不讓人對可再生能源是否真能可持續(xù)發(fā)展提出質(zhì)疑。
為此，科學(xué)家已著手研發(fā)以非糧食作物作為原料的生物燃料生產(chǎn)新途徑，利用藻類植物生產(chǎn)生物燃料的設(shè)想得到了專家們的贊同。如果能夠?qū)崿F(xiàn)從海藻或海草中提取生物燃料，耕地占用的問題將隨之迎刃而解。美國國際能源公司宣稱開發(fā)出利用綠色微藻生產(chǎn)生物燃料的新技術(shù)。由于海藻具有獨特的將吸收的二氧化碳轉(zhuǎn)化為高密度天然油的能力，科研人員可基于海藻的光合成來生產(chǎn)生物柴油和噴氣燃料。
事實上，整個生物燃料領(lǐng)域內(nèi)最吸引投資者的并不是以蔗糖和玉米生產(chǎn)乙醇，或是利用藻類制造生物柴油，而是從含量豐富、不宜食用的木材和植物中提取木質(zhì)素或纖維素用以制造乙醇，這種方式不與糧食生產(chǎn)爭地，可生產(chǎn)更為綠色環(huán)保的生物燃料。如果能把不宜食用的纖維素都轉(zhuǎn)化為乙醇，將開啟全球生物燃料發(fā)展的新紀(jì)元。即便是不宜種植糧食作物的荒山、荒坡和荒灘，也可以種植一些適合惡劣環(huán)境生長的樹木和草本植物，這樣不但可為生產(chǎn)生物燃料提供原料，還能夠增加植被覆蓋率，減少水土流失。
由于纖維素不易分解，通過發(fā)酵將其轉(zhuǎn)化為能分解的成分的預(yù)處理費用就變得十分昂貴。目前還沒有一家纖維素乙醇制造廠的產(chǎn)量達(dá)到商業(yè)規(guī)模，但很多大的能源公司都在競相改進(jìn)纖維素轉(zhuǎn)化為乙醇的技術(shù)，希望使纖維素類生物燃料的潛力得以真正發(fā)揮。
美國麻省理工學(xué)院的一個研究小組就發(fā)明了一種利用微生物發(fā)酵廢棄植物纖維產(chǎn)生電能的生物燃料電池，可專用于手機(jī)充電。美國亞利桑那州立大學(xué)也宣布將利用光合細(xì)菌生產(chǎn)生物柴油，以省去成本高昂且復(fù)雜繁瑣的加工過程。
不容忽略的是，當(dāng)前的解決方案都尚未投入市場，實現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)的成功商業(yè)化也需要長期的實踐與等待。不可否認(rèn)，可再生能源技術(shù)仍然是能源發(fā)展的未來希望，其科研資金在短期內(nèi)也具有絕對的保障。但除非可再生能源技術(shù)實現(xiàn)真正的可持續(xù)發(fā)展，可再生能源的光芒才能永不褪去。
