再閑聊-新能源

閑了也來聊聊新能源比如太陽能等等。新能源的主要特點第一是clean, 也就是接近零碳，不產生導致氣候變暖的二氧化碳。但零碳不等於零汙染，後麵會講解。新能源第二要素是可持續性，就是能取之不盡用之不竭，比如陽光，風和水。其他的因素包括能量轉換率，材料稀缺與否，設備成本和使用安全性都需要考慮。這些能量有機械能，光能，熱能和電能等，大部分能量都被轉換成電能，然後儲存在電池裏。新能源裏隻有鋰電池隻需儲存無需轉換。除了轉換成電能，還能轉換成氫能，就是所謂的fuelcell. 它的實質是將電能轉化為化學能儲存起來。但fuelcell麵臨的問題比較多，即使利用重金屬催化劑使得效率大大提高，氫儲存和其安全性仍是難題，所以現在還很難看到應用的前景。那麽，還是回過頭來討論更普及的電能及其儲存。水電，風電，光電，熱電，核電都各自有優缺點，沒有哪個是完美的。水電站該是最早的clean energy，它的優點是效率高，缺點是建設困難，到處修水壩會破壞自然環境和生態。風車發電據稱是更加幹淨，但基建也一樣耗資金，風來風去無法控製預測，且需建在風大氣候偏寒的地方，所以也是不完善的。說到太陽能總是鼓舞人心，太陽能實際上有兩鍾用途，一般人們用的太陽能板solar panels 是將光能轉化為電能，用的是半導體材料，最常見的是矽，後來為了提高效率，又開發出镓砷GaAs 等新型光電材料，但效率依然沒超過30%。順便提一句，镓砷是一種III-V族材料，另一種III-V族材料镓銻則是用在半導體芯片上，有望取代矽而大大提高效率。但這些元素相對於矽要稀缺得多，價格非常高，除非必要，大多數情況下矽還是首選。另外，太陽能還能將它的熱能通過加熱液體生成蒸氣，進而轉化為電能。一個例子是在沙漠裏，將太陽熱能儲蓄在沙子堆裏，沙子的溫度可以高達400攝氏度，是絕好的儲能材料，液體如水經過高溫沙加熱變為蒸氣，蒸氣動能最終可以發電或轉化為電能。最後來說核能，幾乎是零碳且高效率的clean energy. 核電的應用已經有幾十年了，是通過鈾同位素的核裂變釋放能量，可以直接利用或轉化為電能。這些年人們在積極研究核聚變產生能量，以進一步提高效率，可持續性，並減少核反應廢物的汙染。綜上所述，沒有一種新能源是完全clean零汙染的，因為在能量轉換過程中，光電設備會用到重金屬或半導體材料，核反應後的廢物有放射性，這些廢棄的電池廢物都需要回收處理，所以Clean隻是相對的，或者說是將大氣中的二氧化碳汙染轉化為地麵上的另類汙染：(

最後一問，燃料會不會完全被取代？應該不會的，前段時間聽說有些州要禁用gas range, 可是把俺緊張壞了，不光是因為燃料方便省錢，更重要的是炒出來的菜好香啊，沒了它，讓吃貨們怎麽活？