幾十年來科學(xué)家們一直在尋找方法，現(xiàn)在瑞典研究人員表示，相關(guān)工作有了重大進(jìn)展。他們已經(jīng)開發(fā)出一種特殊的液體，可以吸收少量太陽能，并儲(chǔ)存幾個(gè)月甚至幾年，然后在需要的時(shí)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(huì)取代化石燃料，并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復(fù)使用的，而且對(duì)環(huán)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。
圖示：瑞典哥德堡查爾默斯理工大學(xué)教授開發(fā)的太陽能熱能燃料儲(chǔ)能系統(tǒng)
麻省理工學(xué)院研究此類材料的實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人杰弗里 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，然后在需要的時(shí)候?qū)崃酷尫懦鰜怼?rdquo;
在瑞典哥德堡查爾默斯理工大學(xué)的物理大樓屋頂上，卡斯珀·莫斯-保爾森(Kasper Moth-Poulsen)建造了一個(gè)原型系統(tǒng)，用于測(cè)試研究小組開發(fā)的新型太陽能熱能燃料。
當(dāng)泵驅(qū)動(dòng)液體循環(huán)通過透明管道時(shí)，來自太陽的紫外光會(huì)激發(fā)其分子進(jìn)入充能狀態(tài)。光使得燃料中碳、氫和氮原子之間的鍵進(jìn)行重新排列，將一種被稱為降冰片二烯的化合物轉(zhuǎn)化為一種四環(huán)烷的化合物。由于能量被強(qiáng)化學(xué)鍵所束縛，即使當(dāng)它冷卻下來時(shí)，四環(huán)烷仍然保留著捕獲的太陽能。
為了提取儲(chǔ)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(huán)烷分子就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻当?。這種轉(zhuǎn)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(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)運(yùn)行
如果燃料在室溫下發(fā)生轉(zhuǎn)化(大約21攝氏度)，它很快就會(huì)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(jī)或烘干機(jī)上。”
據(jù)統(tǒng)計(jì)，用于烹飪、滅菌、漂白、蒸餾等商業(yè)操作的能量消耗占到歐盟所有能源消耗的7%。
這種太陽能熱能燃料可以儲(chǔ)存在房屋或工廠內(nèi)的非保溫儲(chǔ)罐中，或者用管道或卡車在太陽能發(fā)電場(chǎng)和城市之間運(yùn)送。相關(guān)的轉(zhuǎn)化過程只會(huì)消耗很少的燃料或催化劑，所以整個(gè)系統(tǒng)可以在一個(gè)閉環(huán)中運(yùn)行，重復(fù)收集太陽能并在需要時(shí)散發(fā)熱量。“我們已經(jīng)運(yùn)行了125個(gè)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(jù)莫斯-保爾森的計(jì)算，每公斤燃料能儲(chǔ)存250瓦時(shí)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(yè)公司用特斯拉的電池來儲(chǔ)存太陽能電池板產(chǎn)生的電能。
格羅斯曼在談到這項(xiàng)研究時(shí)說:“我對(duì)卡斯珀的研究感到非常興奮。”他說，上世紀(jì)70年代，在對(duì)降冰片二烯燃料進(jìn)行大量研究之后，化學(xué)家們陷入了困境。經(jīng)過幾個(gè)循環(huán)后，燃料會(huì)不斷分解。它們的能量維持時(shí)間不長(zhǎng)，而且必須與有毒溶劑混合，但有毒溶劑會(huì)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(jìn)的工具來修復(fù)它。”
這些新研究結(jié)果引起了投資者的關(guān)注。莫斯-保爾森說，很多公司都聯(lián)系過他，討論商業(yè)化的可能性。
從原型到產(chǎn)品
盡管太陽能熱能燃料前景廣闊，但仍需要多年的發(fā)展。“我們已經(jīng)取得了很多進(jìn)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(fā)一種單一燃料，它將結(jié)合其他團(tuán)隊(duì)開發(fā)的多種燃料變體的最佳特性，包括長(zhǎng)保質(zhì)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(yè)過程和廣泛使用的工業(yè)試劑(包括乙炔的衍生物)制成的。但目前尚不清楚這種燃料的商業(yè)售價(jià)是多少。
成本的一個(gè)重要因素將是燃料的效率，目前這種熱能燃料的效率相當(dāng)?shù)?。原型燃料只?duì)包括紫外線和藍(lán)色等最短波長(zhǎng)的陽光做出反應(yīng)，而它們只占太陽能的5%。保爾森說，他正在努力擴(kuò)大這種燃料的敏感性，使其能夠?qū)Ω嗟墓庾V有所反應(yīng)。
他還打算打破溫度上升63攝氏度的記錄。他表示:“如果對(duì)化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更多調(diào)整，我認(rèn)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(shí)候，只有一個(gè)研究小組在研究這種系統(tǒng)?，F(xiàn)在包括美國(guó)、中國(guó)、德國(guó)在內(nèi)的大約15個(gè)團(tuán)隊(duì)都在迎接這一挑戰(zhàn)。”
