清洁能源未来之星

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近期举行的彭博未来能源亚太峰会上，多位知名企业高管、投资咨询机构合伙人在会上展望未来10-20年清洁能源科技创新时表示，核聚变发电或成为下一步发电技术。氢能源、碳封存等具有争议的技术也将有望让我们的世界变得更为绿色。从应用推广角度来看，能量储存技术和电池技术创新则将是关键。
                        联合国新一轮气候谈判将于11月30日至12月11日在法国巴黎举行，加快取代部分传统化石能源的速度，让清洁能源真正地造福我们的生活，或将成为本次大会热门话题之一。
近日，Climatescope——一份展现全球各国家和地区清洁能源发展竞争力的研究报告发布并宣称，过去一段时间发展中国家和地区吸引清洁能源投资额度已高达1260亿美元，其中仅在中国的投资额就超过890亿美元。金砖国家开发银行副行长Leslie Maasdorp日前表示，金砖银行明年二季度将发放首批贷款，其中60%的项目落地在清洁能源领域。
⊙记者 王文嫣 ○编辑 谷子
显然，全球在更多使用清洁能源的问题上已经达成了共识。如何让清洁能源价格更为低廉，比传统化石能源更好用，成为摆在人们面前的另一道难题。相关专家认为，持续进行的技术革命，是清洁能源与传统能源博弈的一枚重要砝码。
近期举行的彭博未来能源亚太峰会上，多位知名企业高管、投资咨询机构合伙人在会上展望未来10-20年清洁能源科技创新时表示，核聚变发电或成为下一步发电技术。氢能源、碳封存等具有争议的技术也将有望让我们的世界变得更为绿色。从应用推广角度来看，能量储存技术和电池技术创新则将是关键。
“不可能”的研究仍在继续
面对大气污染以及温室气体排放引发的各种气候异常问题，人们已经意识到必须减少化石能源在一次能源消费结构中比例，同时寻求更清洁的能源替代。基于上述目的，过去10-20年间，大量的风电、光电、水电、核电厂在全球各地出现，尤其是在欧美国家，光伏发电的比例逐年攀升。
然而，也有不同观点认为，上述能源并不能完全称为清洁能源，以光伏发电为例，光伏电池板制造过程是高耗能的，且充斥着各种污染。核电方面更是存在安全隐患，2011年发生日本福岛核泄漏事件至今让许多国家心有戚戚焉。
从技术角度来说，人们似乎还能找到更为清洁的能源。咨询机构M&L Partners合伙人Chivas Lam 认为，发电在过去20年没有什么新的技术的出现，不管是核能、水电、太阳能还是风能，只能说规模在不断放大。他认为下一步发电中真正的创新是核聚变，而不是核裂变的发电。
当两个原子被狠劲挤压并最终结合在一起时，就会发生核聚变。由此形成的更大的原子便会释放出惊人的能量。这种现象一般自然地发生于太阳中心。核聚变发电则是把聚变燃料加热到1亿度以上的高温，让它产生核聚变，然后利用热能。相比核裂变，核聚变没有长久存在的放射性废弃物，且是一种几乎无限量的能源供应，因此又被称为人造太阳。
由于目前研究人员仍无法做到自由控制核聚变，不看好此项研究的核物理学家揶揄称，核聚变发电距离商业化应用永远都有20年的距离。尽管被认为不可能实现，近年来有关可控核聚变的研究还是不断传出取得突破的消息。
中国科学家在合肥使用热核聚变装置EAST（超托克马克装置，一个能产生足够强的环形磁场的装置）完成了放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。
2014年，美国华盛顿大学的工程师们在国际原子能机构的聚变能会议上展示了他们设计的一种概念核聚变反应器，这一设计是建立在现有技术的基础上，在封闭空间里创造了一个磁场，从而保证等离子体停留足够长的时间以引发核聚变的产生，使得炙热的等离子体反应并燃烧。通过驱动电流至等离子体里就能够产生大部分的磁场，这将减少所需要的材料量。根据与大型燃煤电厂成本进行比对计算，按上述设计思路建造的核聚变电厂与燃煤火力发电厂发电所耗费成本相当。
《纽约时报》网络版今年10月底报道称，在一些科技大腕及风险投资机构的支持下，美国的科技创业公司从政府手中接过了有关核聚变研究的重担，试图在聚变发电领域取得突破。今年6月份，一家名为Tri Alpha Energy的公司，其开发的机器将一个氢气体球加热至1000万摄氏度，并且在这个气体球散开前维持了5毫秒，这比此前政府项目取得的成果要大。
氢能社会或将实现
“我觉得再过5-10年，我们是能够实现氢能的社会，氢气变成能源。我觉得氢能会有一个体系、系统的出现，向我们的社会提供能源。”日本新能源及产业技术综合开发机构（NEDO）新能源技术局局长Shintaro Matsumoto相对看好氢能源的发展。
与核聚变一样，氢能源同样具有取之不尽且无污染的属性。但有关氢能源的推广应用，同样充满着争议。从军工领域来看，航天飞机和火箭早就采用了液氢燃料。如今全球研究者们则是在寻找大量且廉价生产氢燃料的方法。研究者们通过阳光以及加入催化剂等方法分解水来取得氢气，红鞭毛杆菌、红螺菌等微生物也被发现能在阳光作用下制取氢气。Shintaro Matsumoto表示，如果氢能源未来几年被证明是有效的话，将来风能也可以转化成氢能进行输送。资料显示，日本正加速构建氢能源社会，目前加氢站密度位列全球第一。制氢方面则从天然气、水电解、褐煤以及污泥等途径获取氢。
对于汽车厂商们来说，对于氢能源的终极使用莫过于氢燃料电池。区别于传统的化学干电池，氢燃料电池其实是一种发电装置，将化学能转化为电能的过程中只会产生水和热，不产生污染。近日举行的第44届东京国际汽车展上，丰田汽车推出了一辆蓝白色的氢燃料电池概念车——FCVPlu，据丰田方面介绍，通过不断提升技术，未来将减少铂金这类贵金属催化剂的使用，进一步降低氢燃料汽车的成本。
寻找污染更少的新能源是缓解温室气体排放的一个路径，直接将二氧化碳捕捉进行封存，则是稳定大气温室气体浓度的减缓行动组合中的一种选择方案。这种技术最早应用于炼油、化工等行业。将二氧化碳注入油气层起到驱油作用，既可以提高采收率，又实现了碳封存，兼顾了经济效益和减排效果。然而对于燃煤电厂来说，实现碳捕捉面临着种种困难。
据悉，中国一些电厂已经进行过一些碳捕捉和封存的实践，由于成本高且缺少经济规模，推进并不顺利。挪威石油公司中国区总裁陈新华表示，另一方面碳封存还存在泄漏和安全的问题。如果能将二氧化碳转化为其他化学物质，在能源转换方面来说将有更好的未来。
资料显示，南京大学的研究人员曾利用人工光合成反应，将二氧化碳转化为碳氢化合物燃料。,美国乔治华盛顿大学(George Washington University)能源所主任Stuart Licht设计了最终循环机。他和同事在实验室建造了一个太阳能反应堆，借用太阳光把二氧化碳再一次转化成燃料。
乔治亚大学生物能源研究部学者宣布，通过改变所研究的微生物的基因物质来模拟植物的光合作用，这种生物与二氧化碳产生反应后会生成3-羟基丙酸，这是一种工业材料。
福特汽车则将投资350万欧元用于研究可替代燃料，而德国政府也参与资助了这项为期三年的计划，用以测试全球首辆以二甲醚和甲氧基乙醚作为燃料的汽车。这两种醚类物质均通过天然气或沼气提取，亦可通过一种被称为“power to liquid”（利用风能、太阳能等可再生能源和空气中的二氧化碳为原料）的复杂工艺合成。
电池、储能技术发展有望立竿见影
“能源是非常短暂的，所以我们需要进行储存。”彭博新能源财经顾问委员会主席Michael Liebreich指出。在诸多新能源专家看来，一方面需要寻找更有清洁低廉安全的能源来逐步替代现有的化石能源。另一方面大量的可再生能源发电无法消纳，白白浪费的问题更迫切需要得到解决。
“能源存储对于低碳经济是不可或缺的一个支柱。”陈新华认为。压缩空气储能技术和其他的电池技术进行结合，会是未来解决方案之一。他以中国科学院院士、清华大学电机系教授卢强及其团队研发的压缩空气储能罐举例。压缩空气利用了分子的内力，储能罐里的空气压力是40兆帕，即400个大气压。只要闸门一开，压缩空气就将喷射而出。用12缸、24缸的发动机来驱动一个转动的大轴，大轴连着发电机，给了磁场就能发电。压缩空气储能不受地理条件限制，可利用无法消纳的“垃圾电力”，排放的则是冷空气，不会造成污染。
软银中国资本管理合伙人Alan Song透露，已经花了5年的时间研究电池，他认为液态电池是有发展潜力的。投资过的几个公司正在做能量储备方面的网络，能效非常高，正在利用可再生能源来进行电池的生产。
液流电池系统则被认为是未来风光储能最佳路径之一。在可再生能源使用比例较高的德国，相关公司已经可以为客户提供包括高能钠硫电池系统在内的智能集成控制电池系统，将各种可再生能源存储起来并随时调用，其反应时间比普通电厂的电力平衡系统要快3000倍。
目前全钒液流电池技和锌溴液流电池已经进入了商用和应用推广阶段。然而因活性物质成本较高，研究人员们也在研发其他技术路线的液流电池。哈佛大学一个研究团队去年在《自然》杂志上发表论文，介绍了“无金属有机-无机水液流电池”，突破了液流电池以金属为基础的材料结构。该团队使用了自然界大量存在的廉价有机材料醌分子，只需储油桶大小的醌液流电池，就能借助屋顶太阳能板储存一天的太阳能，而成本仅为全钒液流电池成本的三分之一。
德国耶拿大学(FSU Jena)的化学家研究组研究的氧化还原液流电池使用了有机聚合物和无害盐水溶液。在测试中，这种液流电池可承受高达10000次充电周期，且不丧失关键储存量。而中国同样走在液流电池研发技术前端，中国企业不但开发了全球最大规模的全钒液流电池储能系统，中国科研人员还参与研究制定了国际的液流电池标准体系。
相较于液流电池系统适用于大规模的储能应用项目。我们熟悉的锂电池则在日常领域发挥着能量储存作用。大量有关提高电池性能、降低制造成本以及减少充电时间的研究仍在持续推进。
近日，日本东京理科大学研究人员宣称在新一代钾离子电池的研发中获得突破。这种电池适合在短时间内的充电及一次性释放大量电流，输出高功率。不过受制于尚未找到合适的正极材料。预计这一钾离子电池最早将于明年才能问世。
特斯拉纯电动汽车在全球掀起风暴后，其选用的三元材料电池跟着一起走红。相对传统磷酸铁锂电池，三元材料电池能量密度更大，续航里程更长，使得电动汽车的性能逐渐与传统燃油汽车看齐。这令不少原先生产磷酸铁锂电池的厂家纷纷转向了三元锂电池。来自德国的最新消息称，特斯拉CEO马斯克寻求在德国建造电池制造厂，瞄准德国的家用储能市场，或令三元电池的应用领域更为广泛。
比起核聚变发电、氢能社会构建，储能、电池技术进步看起来要容易得多。相关专家认为，我们的世界变得更加绿色，短期内显然将最先得益于储能和电池技术的进步。
<p>据相关机构测算，到2020年，仅我国储能产业市场规模有望超过2000亿，包括风、光电站配套储能、分布式发电及微网储能、新能源汽车车用储能、通信基站储能等。而电池储能方面，据BCC Research的预测，到2020年市场规模约为39亿美元，年复合增长率保持在25.1%。