把太陽能裝進瓶子可提供能源？仍有很多問題要解決

出品|網易科學人欄目組 晗冰

微信|公號ID：WYKXR163

圖示：瑞典哥德堡查爾默斯理工大學教授開發的太陽能熱能燃料儲能系統

瑞典科學家研製出一種特殊液體，可以吸收少量太陽能並儲存起來，然後在需要的時候釋放出來。

太陽能是一種清潔能源，如果我們可以把太陽能裝進瓶子，即便沒有太陽光，也可以為我們提供能源，但這種想法能實現嗎？

幾十年來科學家們一直在尋找方法，現在瑞典研究人員表示，相關工作有了重大進展。他們已經開發出一種特殊的液體，可以吸收少量太陽能，並儲存幾個月甚至幾年，然後在需要的時候釋放出來。如果這種太陽能熱能燃料能夠得到完善，它可能會取代化石燃料，並幫助解決我們面臨的全球變暖問題。

與石油、煤炭和天然氣不同，太陽能熱能燃料是可重複使用的，而且對環境友好。這種燃料能夠在不排放二氧化碳和其他溫室氣體的前提下釋放能量。

麻省理工學院研究此類材料的實驗室負責人傑弗里 格羅斯曼(Jeffrey Grossman)表示:「太陽能熱能燃料就像可充電電池，但與電能不同的是，需要先吸收陽光，然後在需要的時候將熱量釋放出來。」

在瑞典哥德堡查爾默斯理工大學的物理大樓屋頂上，卡斯珀·莫斯-保爾森（Kasper Moth-Poulsen）建造了一個原型系統，用於測試研究小組開發的新型太陽能熱能燃料。

當泵驅動液體循環通過透明管道時，來自太陽的紫外光會激發其分子進入充能狀態。光使得燃料中碳、氫和氮原子之間的鍵進行重新排列，將一種被稱為降冰片二烯的化合物轉化為一種四環烷的化合物。由於能量被強化學鍵所束縛，即使當它冷卻下來時，四環烷仍然保留著捕獲的太陽能。

為了提取儲存的能量，莫斯-保爾森將這種活性燃料通過鈷基催化劑，四環烷分子就會轉變為降冰片二烯。這種轉化釋放出大量的熱量，足以將燃料的溫度提高63攝氏度。

圖示：這種能量系統能夠實現閉環運行。

如果燃料在室溫下發生轉化(大約21攝氏度)，它很快就會升溫到84攝氏度。

格羅斯曼說:「你可以把熱能用在熱水器、洗碗機或烘乾機上。」

據統計，用於烹飪、滅菌、漂白、蒸餾等商業操作的能量消耗佔到歐盟所有能源消耗的7%。

這種太陽能熱能燃料可以儲存在房屋或工廠內的非保溫儲罐中，或者用管道或卡車在太陽能發電場和城市之間運送。相關的轉化過程只會消耗很少的燃料或催化劑，所以整個系統可以在一個閉環中運行，重複收集太陽能並在需要時散發熱量。「我們已經運行了125個周期，沒有任何明顯的性能下降，」莫斯-保爾森說。

沒有火的熱能

根據莫斯-保爾森的計算，每公斤燃料能儲存250瓦時的能量，這大約是特斯拉Powerwall電池能量的兩倍，目前一些房主和公用事業公司用特斯拉的電池來儲存太陽能電池板產生的電能。

格羅斯曼在談到這項研究時說:「我對卡斯珀的研究感到非常興奮。」他說，上世紀70年代，在對降冰片二烯燃料進行大量研究之後，化學家們陷入了困境。經過幾個循環後，燃料會不斷分解。它們的能量維持時間不長，而且必須與有毒溶劑混合，但有毒溶劑會稀釋這種吸能燃料。格羅斯曼說，「莫斯-保爾森正在使用最先進的工具來修復它。」

這些新研究結果引起了投資者的關注。莫斯-保爾森說，很多公司都聯繫過他，討論商業化的可能性。

從原型到產品

儘管太陽能熱能燃料前景廣闊，但仍需要多年的發展。「我們已經取得了很多進展，」莫斯-保爾森說，「但仍有很多問題需要解決。」

下一步將是開發一種單一燃料，它將結合其他團隊開發的多種燃料變體的最佳特性，包括長保質期、高能量密度和良好的可回收性。

莫斯-保爾森的原型燃料是通過普通工業過程和廣泛使用的工業試劑(包括乙炔的衍生物)製成的。但目前尚不清楚這種燃料的商業售價是多少。

成本的一個重要因素將是燃料的效率，目前這種熱能燃料的效率相當低。原型燃料只對包括紫外線和藍色等最短波長的陽光做出反應，而它們只佔太陽能的5%。保爾森說，他正在努力擴大這種燃料的敏感性，使其能夠對更多的光譜有所反應。

他還打算打破溫度上升63攝氏度的記錄。他表示:「如果對化學結構進行更多調整，我認為可以將(上升溫度)推至80攝氏度或更高。」

40歲的莫斯-保爾森回憶道:「剛開始的時候，只有一個研究小組在研究這種系統。現在包括美國、中國、德國在內的大約15個團隊都在迎接這一挑戰。」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！