比爾·蓋茨親自撰文力挺把太陽能轉(zhuǎn)化為液體燃料

去年秋天我來到加州理工學(xué)院，拜訪內(nèi)特·劉易斯(Nate Lewis)教授的實(shí)驗(yàn)室。那天陽光耀眼，南加州的氣溫比正常情況高了20華氏度(6.7攝氏度)，國家氣象局還發(fā)布了針對極端火情和高溫疾病的警告。

這樣的天氣正好為我此行到內(nèi)特實(shí)驗(yàn)室的參觀內(nèi)容提供了一個(gè)背景介紹我們?nèi)绾文軌蚶锰柕木薮竽芰縼碇圃烊剂?，從而為汽車、卡車、輪船和飛機(jī)提供動(dòng)力?

“我們理解這種燃料就是通過某種材料把太陽能轉(zhuǎn)化為液體燃料，像汽油一樣供人類利用?！?/p>

我走進(jìn)這間堆積著計(jì)算機(jī)屏幕、化學(xué)物質(zhì)藥瓶、燒杯和其他設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)特遞給我一副護(hù)目鏡，介紹了一些參觀注意事項(xiàng)。他說“盡管這里堆了很多復(fù)雜的東西，但我們所做的一切歸根結(jié)底非常簡單?！?/p>

內(nèi)特團(tuán)隊(duì)的研究工作基于這樣一個(gè)簡單的理念太陽是我們所擁有的最可靠、最充沛的可再生能源。太陽一小時(shí)內(nèi)輻射到地球的能量，比我們?nèi)祟愓荒晗牡哪芰窟€要多。如果我們能找到一種經(jīng)濟(jì)高效的方法，通過這種方法利用到哪怕只是一部分的太陽能，這都將極大地幫助我們?yōu)槲磥韺ふ业角鍧?、便宜和可靠?a href="http://www.msthinker.com/" target="_blank">能源。

我們都不會(huì)對太陽能板感到陌生，它可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。隨著其價(jià)格的下降，太陽能板正越來越多地成為全球清潔能源的來源，這實(shí)在令人鼓舞。當(dāng)然，利用太陽能發(fā)電存在一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，那就是不夠可靠。太陽每天都會(huì)落山，陰天時(shí)我們又看不見太陽，這也就是為什么我們需要找到儲(chǔ)存太陽能的方法，從而能在任何有需要的時(shí)候進(jìn)行供給。

電池是解決方案之一，要是能做出太陽能燃料就更棒了。燃料的能量密度比電池更高，因此儲(chǔ)存和運(yùn)輸也更容易，例如1噸汽油儲(chǔ)存的能量相當(dāng)于60噸電池儲(chǔ)存的能量。這也是為什么在電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大突破之前，我們實(shí)在很難想象乘坐插電式電動(dòng)飛機(jī)從西雅圖飛到東京。

我之前寫過一篇文章，關(guān)于我們需要實(shí)現(xiàn)一種能源奇跡，既為了阻止氣候變化，又要為數(shù)百萬用不上電的貧困家庭提供電力。太陽能燃料就是我所說的奇跡之一，它可以解決沒有陽光照射時(shí)的能源儲(chǔ)存問題，還能為現(xiàn)有的交通基礎(chǔ)設(shè)施提供更易用的能源。我們可以繼續(xù)駕駛現(xiàn)有的汽車，但它們不會(huì)再使用從地下開采的化石燃料，而是使用太陽能燃料。由于使用這種燃料不會(huì)為環(huán)境貢獻(xiàn)額外的溫室氣體，因此不會(huì)破壞地球二氧化碳的平衡。

這樣的未來令人向往不已，但實(shí)現(xiàn)它需要艱辛的付出，因?yàn)闆]人知道是否真有將陽光變成燃料的切實(shí)可行的辦法。多虧有了美國能源部的研究經(jīng)費(fèi)，內(nèi)特和其他的美國研究人員才得以探索這一想法的可行性。

我們生活在一個(gè)新發(fā)明、新發(fā)現(xiàn)層出不窮的時(shí)代，以至于人們很容易認(rèn)為，我在加州理工學(xué)院看到的前沿研究是理所當(dāng)然的。然而，大多數(shù)改善我們生活的技術(shù)突破——從新的疾病治療手段到清潔能源創(chuàng)新——其實(shí)在研究早期便得到了政府的資助，這包括內(nèi)特的研究項(xiàng)目?？茖W(xué)研究一旦取得成功，它將帶來技術(shù)創(chuàng)新，催生新的產(chǎn)業(yè)，創(chuàng)造新的工作崗位，刺激經(jīng)濟(jì)增長。無論怎么強(qiáng)調(diào)政府支持在這一過程中的重要性都不足為過。如果沒有政府的相關(guān)投入，人類不會(huì)取得今天這樣長足的進(jìn)步。

盡管內(nèi)特和他的團(tuán)隊(duì)目前仍處于這項(xiàng)研究的最初階段，但他們有理由對前景保持樂觀，畢竟把陽光轉(zhuǎn)化成化學(xué)能是植物每天都在干的事兒。通過光合作用，植物利用陽光、水和二氧化碳，把太陽能儲(chǔ)存在化合物里。在內(nèi)特的實(shí)驗(yàn)室里，他率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)利用的也是同樣的原料，不同之處在于，他們得搞清楚怎樣才能做得更好，在大自然擅長的領(lǐng)域巧奪天工。

內(nèi)特說“我們想在自然方法的啟發(fā)下創(chuàng)造一種太陽能燃料，和人類受到鳥類飛行的啟發(fā)而發(fā)明飛機(jī)一樣。但你不會(huì)用羽毛來造飛機(jī)，我們也不打算利用葉綠素和生物系統(tǒng)做一個(gè)人造光合作用系統(tǒng)，因?yàn)槲覀兡茏龅酶??！?/p>

內(nèi)特的一名學(xué)生向我展示了如何用光把水分解成氧氣和氫氣，這是制造太陽能燃料關(guān)鍵性的第一步。下一步是把氫氣和二氧化碳結(jié)合在一起制造燃料。然而利用現(xiàn)有技術(shù)、用陽光制備燃料的成本太高了。為了把成本降下來，需要做更多的研究來搞清楚各種材料和系統(tǒng)，創(chuàng)造出太陽能燃料的可靠來源。

內(nèi)特團(tuán)隊(duì)正在研究的一個(gè)方法，是一種由塑料“細(xì)胞”組成的人造草皮，這種草皮可以很容易被鋪開來吸收陽光、制造燃料。每個(gè)塑料“細(xì)胞”內(nèi)都包含了水分、陽光吸收劑和一種催化劑。催化劑的作用是加速化學(xué)反應(yīng)，因此每個(gè)“細(xì)胞”都能更高效地制造氫氣或者碳基燃料。但不幸的是，最好的催化劑需要用到一些最貴、最罕見的元素，比如鉑金。內(nèi)特研究的一個(gè)主要方面就是要找到其他的催化劑，它不僅要更高效耐用，還得更經(jīng)濟(jì)。

內(nèi)特對清潔能源的興趣始于20世紀(jì)70年代的石油危機(jī)，當(dāng)時(shí)他和父親為了給車加油要排好幾個(gè)小時(shí)的隊(duì)。他說他那時(shí)就想要投身能源研究。如今，他正在訓(xùn)練新一代的科學(xué)家們來幫助解決世界面臨的能源挑戰(zhàn)?？粗趦?nèi)特實(shí)驗(yàn)室里工作的這些年輕人讓人倍感鼓舞，他們創(chuàng)新的速度比以前任何時(shí)候都要快。“我們現(xiàn)在一天能做的實(shí)驗(yàn)在以前可能需要一整年，或者相當(dāng)于完成一整篇博士論文所需的工作?！眱?nèi)特說。

盡管如此，我相信我們還需要做更多的努力，我們需要成千上萬名科學(xué)家來探索所有可能，引領(lǐng)人類走向擁抱清潔能源的未來。這也是為什么最近我和許多投資人發(fā)起了突破能源基金(Breakthrough Energy Ventures)，這支基金計(jì)劃投入超過10億美元，資助有可能給世界帶來廉價(jià)且可靠的清潔能源的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

雖然我們還不能在下周或明年就給汽車加滿太陽能燃料，但是內(nèi)特的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)做出了有價(jià)值的貢獻(xiàn)，幫助我們理解如何才能有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)這一大膽的目標(biāo)。隨著政府和私營部門支持力度的不斷加大，我們將確保他們的研究能夠全速向前推進(jìn)。