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存储太阳能 摘自《ON》杂志，2010 年第 1 期 Nocera 博士是麻省理工学院的一名化学教授，也是亨利?德雷福斯能源教授奖得主，他在能源技术方面获得了突破性的发现。摄影：Len Rubenstein Daniel Nocera 破解太阳能密码 2010 年 6 月 4 日 —“人人都在谈天气，但没有人对此有所作为。”这句普遍认为是出自马克吐温的名言也适用于太阳能主题。人人都在谈它，但没有人知道如何存储它。更确切地说，是除了 Daniel G. Nocera 以外，没有任何人知道。 去年，亨利?德雷福斯能源教授奖得主、麻省理工学院化学教授 Nocera 博士解决了阻碍太阳能广泛采用的最大难题之一。毕竟，太阳在夜间或阴雨、多云天气条件下效能不是很理想。迄今为止，人们缺乏一种有效的方法来存储太阳能，以便在需要时随时使用。 Nocera 博士的实验室研究出了一种方法，可以利用太阳能轻松、经济高效地将水分离为组成元素氢和氧，然后可以采用低成本的方式存储氢和氧，需要时可以进行组合以产 生可发电的氢燃料。此技术与光伏电池、存储罐和燃料电池相结合，使户主可以与电网一起或独立于电网为他们的家庭和燃料电池汽车供电。 Nocera 博士的这一发现以迅雷不及掩耳之势传遍全球，它对社会和环境的潜在影响激发了巨大的热情。一名德国研究人员表示这“也许是本世纪最重要的发现”，而《时代》 杂志则将 Nocera 博士评为“对世界最有影响力”的 100 位科学家之一。现在全世界的人纷至沓来，他实验室的大门几乎要被挤破了，《ON》杂志 设法溜进去向他提了几个问题。 您的发现似乎主要适用于拥有屋顶光伏电池的户主。企业的工厂和数据中心使用的能源要比家庭多得多，他们是否有一天也能得益于此项技术？ 是 的。我们已经达到了可轻松为普通家庭供电的标准。为满足具有更大能源需求的建筑物使用需求，我们必须改进这一技术，使每单位时间的系数提高 10 倍；换句话说，它的工作速度必须加快 10 倍。这假设您的目标是完全脱离电网使用。您可以利用该技术来满足部分电源需求，同时仍然使用电网为其余部分供电。 我对于将此技术应用于穷人和欠发达地区特别感兴趣。大量发展中国家/地区不具备可靠的能源基础设施；我的这一发现可以帮助他们经济高效地使用他们已经拥有的资源（太阳和水）以及其他某些价格低廉的材料来发电和配送电。 火车和飞机等长途运输交通工具如何呢？此技术是否会减少它们的部分能源使用？ 重 申一下，此技术目前适合于燃料电池汽车。1 月份，本田汽车公司宣布它正在投巨资兴建家庭燃料加注站，这现在可以实现并且实用，因为我可以提供廉价的方法来制氢。但是对于长途运输，液态燃料（可通过 生物燃料制成）仍然是首选。因此这还只是一个研究目标。去年年底，美国能源部宣布授权开发基于氢的太阳能燃料，因此我们已经领先一步了。我们可以通过水制 氢，但是针对特定应用情形的优化还有赖于许多工程问题得到解决。 这些问题得到解决后，届时的解决方案可能非常简单，似乎令人难以置信。需要花多长时间才能做到呢？ 我 喜欢将它描述为一个很大的湖泊，您知道自己需要到达另一边，但是您无法一步跳到对岸。于是您放好垫脚石，使您能够逐步前行。对于此项目，垫脚石就是 25 年的工作。我们探索了多电子反应、将质子耦合到电子，但真正的关键是研究植物如何利用太阳能来通过光合作用将水分解为氢和氧。此光合作用过程最近四年才为 人所知，我们可以在此基础上进行研究和学习。我们不打算重建植物如何进行光合作用的体系结构，而是研究这些体系结构元素的本质，并将它们整合到我们自己的 设计中。它实际上为我们的研究提供了清晰的路线图，在我们弄清自然界如何实现光合作用之后不久，我们就能做到这一点。 该研究仍在继续。作为科学家，我始终希望知道事物是如何工作的，以及如何使它们工作得更好。因此我们并没有停留在自己的发现上，而是一直在对其进行改进，并且已开发了第二种催化剂，其效果也很好，甚至优于第一种。我们刚向一家期刊提交了关于此工作的论文。 存储太阳能 
存储太阳能 — 太阳能电池在太阳出来时效果很好，但太阳落山后就不行了。在一项重大科学突破中，MIT 的 Dan Nocera 研究出了如何存储太阳能以实现按需使用。供图：Casey Reed 该催化剂似乎是您科学突破的关键组成部分。您能否解释一下它是什么，以及为什么它具有创新性？ 该 催化剂可以分离水分子，并使氢离子能够形成氢气。以前尝试开发合适的催化剂未取得成功，要么是因为材料太贵，要么是需要消耗太多的能源。此外，它们往往随 时间推移而分解。我们的做法是开发一种基于钴的分子催化剂，这种催化剂放在钴和磷酸钾溶液中，因此能够在分解时自行再生。 这才是此发现的关 键，并且是我引以为傲的东西。这是有史以来开发出的第一种自修复催化剂。自修复是非常重要的属性，因为这意味着它能够利用脏水甚至废水。昂贵的电解剂要求 绝对使用纯净水，否则就会透光不均匀并停止工作；在发展中国家/地区，您不能保证供水质量，并且您不希望影响他们的饮用水源。 使材料能够自修复而不是试图创造某种不可破坏的东西：您是否认为，这对于其他研究可持续解决方案的研究人员来说是一种值得考虑的有用模式？ 毫无疑问。我认为，如果您开始超越纯粹的不可破坏性，就可以为研究打开许多新的途径。并且我认为，这种技术不一定要部署在严密控制的环境中，这一点尤为重要。如果您无法消除约束，就必须能够避开它们。 自行存储氢和氧存在风险吗？ 我们的做法是在地下存储罐中存储材料。任何形式的能源都肯定存在潜在的风险，但它其实与我们一直在使用的沼气没有什么两样。但是要将该技术从实验室应用扩展到实际的家庭和周边环境，将需要掌握擅长安全使用此类材料的公司级的专业知识。 哪些其他障碍（科学、经济、政治、社会、监管等）会阻碍此技术的广泛采用？ 与任何新技术一样，总会存在一些障碍。我希望为穷人服务，虽然我的发现本身是经济高效的，但它依赖于前端的光伏电池和用来在其中混合氢和氧的燃料电池，这些材料也需要是经济高效的。我正在设法与各公司和组织进行合作以实现这些条件。 从 科学上讲，我们还需要进行一些改进以确保它是超级可靠且无需维护的。这些东西将放在世界上的边远地区，因此您需要能够轻松设置好它，然后任其放在那里多 年，并且保证它将持续可靠地工作。从监管角度看，没有多少联邦标准与燃料有关；一般情况下，它们可归入地方消防法规的范围。但我将需要合作伙伴来帮助弄清 这一点。 不过，最激动人心和最充满希望的是我的这一发现已得到了社会的认可。人们对此非常热心，这证明它可以满足非常实际的需求。作为科学家，能有此结果足以。 More like this: 更多信息 |