解決能源危機(jī)新創(chuàng)意

馬壽春

能源枯竭已經(jīng)成為當(dāng)今世界日益突出的問(wèn)題。摩天大樓發(fā)電、蔬菜發(fā)電、凸透鏡聚光發(fā)電乃至風(fēng)箏發(fā)電……國(guó)外研究人員試圖通過(guò)開(kāi)發(fā)新型的發(fā)電方式，緩解越來(lái)越嚴(yán)重的能源問(wèn)題。

蔬菜發(fā)電：光合作用提供電力

國(guó)外研究者正試圖將太陽(yáng)能和綠色植物聯(lián)系在一起，從而研發(fā)出一種效率更高的發(fā)電設(shè)備。在不久的將來(lái)，人們也許僅僅通過(guò)綠色植物，就能夠獲取豐富的電力。

相關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為，利用植物的光合作用產(chǎn)生電能，是今后高效利用太陽(yáng)能的新途徑。一旦研究獲得成功，綠色植物將變成更為高效、使用更加便捷的小型發(fā)電設(shè)備，并使太陽(yáng)能的利用效率得到大幅提高。

科研人員在現(xiàn)階段以菠菜葉子作為首個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)象，意圖借由其中的蛋白質(zhì)進(jìn)行發(fā)電。這種蛋白質(zhì)非常微小，長(zhǎng)度僅為5～6納米。研究者首先把菠菜葉子的蛋白質(zhì)分離出來(lái)，然后如制作三明治一樣，把這些蛋白質(zhì)一層一層地貼在連有導(dǎo)線、可以導(dǎo)電的金箔上。這些金箔的一端連著一個(gè)透明的無(wú)機(jī)體，另一端則連著能導(dǎo)電的有機(jī)層。經(jīng)過(guò)以上操作，一個(gè)微型的植物發(fā)電設(shè)備就制作完成了。研究人員稱(chēng)，這種用菠菜蛋白質(zhì)打造的發(fā)電裝置可以通過(guò)光合作用為人們提供電力。

但是，利用菠菜蛋白質(zhì)制造的太陽(yáng)能光合作用發(fā)電設(shè)備，目前也存在許多問(wèn)題。這種設(shè)備最大的缺陷是，以菠菜蛋白質(zhì)作為介質(zhì)時(shí)，太陽(yáng)能與電能之間的轉(zhuǎn)換效率并不高?？茖W(xué)家們目前正在考慮換用其他蔬菜的蛋白質(zhì)，比如豌豆蛋白質(zhì)來(lái)制造光電轉(zhuǎn)換效率更高的發(fā)電設(shè)備。

據(jù)悉，菠菜發(fā)電項(xiàng)目已經(jīng)得到美國(guó)海軍研究院的資助。美國(guó)海軍希望將這種光合作用發(fā)電設(shè)備安裝在一些小型艦艇和海洋偵察機(jī)器人上，為這些裝置提供能源。

風(fēng)箏發(fā)電：高效利用風(fēng)力

今后，人們也許只要使用一只風(fēng)箏，就能合理利用高緯度地區(qū)的風(fēng)，通過(guò)清潔低廉的方法得到大量電能。

渦輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一個(gè)傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電裝置，一般被放置在離地面80米處。該位置的風(fēng)速一般為每秒4.6米。理論上，風(fēng)力發(fā)電裝置可獲得的電力與風(fēng)速的立方相關(guān)。由于風(fēng)速是隨著高度的增加而增大的，因此，裝置所在的高度決定了其可獲得的風(fēng)能大小。如果發(fā)電裝置處于800米的高空，風(fēng)速就可以增大到每秒7.2米。如果發(fā)電裝置處在這個(gè)高度，其發(fā)電量就是處于80米高度時(shí)的4倍。當(dāng)發(fā)電裝置所處的位置變?yōu)殡x地1千米的高空時(shí)，所能獲得的電能就是在80米高度時(shí)所獲取電能的8倍。處于最適當(dāng)高度的渦輪葉片的發(fā)電量，能夠達(dá)到地面渦輪葉片發(fā)電量的250倍。問(wèn)題是，普通的渦輪風(fēng)力發(fā)電機(jī)難以被安裝在離地80米以上的高空。但是，如果將一只風(fēng)箏改造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)的話，就能輕松飛往可采集到最大風(fēng)力的高度，從而得到大量電能。

目前，歐洲的風(fēng)箏發(fā)電開(kāi)發(fā)者正在開(kāi)發(fā)一個(gè)包含風(fēng)箏、電纜和發(fā)電機(jī)組的系統(tǒng)。在風(fēng)箏發(fā)電系統(tǒng)的早期實(shí)驗(yàn)中，研究者放飛了一只須用操縱桿遙控的、面積約為10m²的風(fēng)箏。按照研究者預(yù)測(cè)，一個(gè)10m²的風(fēng)箏在風(fēng)速為每秒4米的情況下，平均發(fā)電量達(dá)到2.5千瓦時(shí)。該次測(cè)試為期3天，實(shí)驗(yàn)風(fēng)箏被放飛到了400米的高空。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這只實(shí)驗(yàn)風(fēng)箏的實(shí)際發(fā)電量為3千瓦時(shí)，大大超出了研究者的預(yù)期。目前，研究小組正在開(kāi)發(fā)新的軟件、電子設(shè)施和地面站來(lái)代替操縱桿，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)箏的自動(dòng)控制。據(jù)推測(cè)，如果實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的話，一個(gè)面積為20m²的風(fēng)箏的發(fā)電量，可以達(dá)到20千瓦時(shí)。

此外，澳大利亞研究者還設(shè)計(jì)出了帶有輪轉(zhuǎn)的風(fēng)箏。這種風(fēng)箏能像直升飛機(jī)那樣近乎垂直地上升，達(dá)到1600米以上的高度——這一高度的風(fēng)力是最強(qiáng)的。到達(dá)這一高度后，風(fēng)箏上的轉(zhuǎn)輪會(huì)自動(dòng)切換到發(fā)電能發(fā)送回地面。當(dāng)風(fēng)向出現(xiàn)變化時(shí)，風(fēng)箏也會(huì)隨之調(diào)整自身的飛行方向，以最佳的角度收集風(fēng)力。

高樓發(fā)電：可為周?chē)O(shè)施供電

現(xiàn)代科技的發(fā)展讓摩天大樓也能充當(dāng)發(fā)電的媒介了。目前，國(guó)外建筑設(shè)計(jì)師們正在設(shè)計(jì)建造一座可以發(fā)電的摩天樓。這座大樓安裝了專(zhuān)門(mén)的發(fā)電設(shè)備，不但能為自身運(yùn)作提供電力，還能向周?chē)母鞣N建筑物發(fā)電，成為一幢“發(fā)電大廈”。摩天大廈的大部分采用特殊鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造，同時(shí)具有極高的硬度和極好的韌性。按照設(shè)計(jì)方案，這幢摩天樓的每一層樓都可以實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。大樓的中心軸足以承受巨大的重量，將各樓層牢牢地固定在一起；同時(shí)，中心軸也能夠滿足大樓各個(gè)樓層的轉(zhuǎn)動(dòng)要求，讓每一層樓都能獨(dú)立而自如地旋轉(zhuǎn)。

不過(guò)，這座摩天樓最吸引人之處，是其裝備的聲控風(fēng)力發(fā)電機(jī)等各種設(shè)施。在一般情況下，由于需要驅(qū)動(dòng)樓層的旋轉(zhuǎn)，因此大樓本身必須耗費(fèi)很大的能量。但是這幢大樓并不會(huì)給當(dāng)?shù)卦斐赡茉磫?wèn)題，因?yàn)槟μ鞓堑乃心芰咳紒?lái)自于風(fēng)力。更令人驚奇的是，摩天大廈不僅可以完全依靠風(fēng)力旋轉(zhuǎn)，還能將多余的風(fēng)力轉(zhuǎn)化為電能，提供給大樓別的用戶。設(shè)計(jì)師將在每層旋轉(zhuǎn)樓板之間安裝風(fēng)力渦輪機(jī)，這座大樓將擁有79個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)，成為一個(gè)綠色的“發(fā)電廠”。

除了風(fēng)能之外，大廈樓頂還裝有大型太陽(yáng)能面板，能夠充分吸收并利用太陽(yáng)光，將其轉(zhuǎn)換成可使用的能量。據(jù)悉，在陽(yáng)光充足的情況下，摩天樓所裝備的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的年發(fā)電量將達(dá)到100萬(wàn)千瓦時(shí)。這一數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了一座普通的小型發(fā)電站所能提能的電量。

除此之外，還有一種新型的太陽(yáng)能薄膜電池，可將普遍大廈改造為“發(fā)電摩天樓”。這種太陽(yáng)能電池薄膜的質(zhì)地異常輕薄，能柔軟地附著在各種形體的物體表面。人們只要將這種薄膜貼在摩天大樓的玻璃幕墻上，它就可以自動(dòng)控制玻璃幕墻的透明度，吸收照射在玻璃上的太陽(yáng)光，并通過(guò)相關(guān)設(shè)備將其轉(zhuǎn)換成電能。

凸鏡發(fā)電：制造高能太陽(yáng)電池

美國(guó)一著名公司計(jì)劃利用透鏡進(jìn)行聚光，然后將其投射到太陽(yáng)能電池板上，由此大量增加太陽(yáng)能電池的發(fā)電量。

用這種方法聚光，會(huì)使太陽(yáng)能發(fā)電的效率大大提高。據(jù)統(tǒng)計(jì)，凸透鏡聚光法的轉(zhuǎn)化效率大約是傳統(tǒng)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率的5倍。在通常情況下，過(guò)高的熱量可能使太陽(yáng)能電池熔化。但是，研究者在這套新設(shè)備中整合了溫控系統(tǒng)，使太陽(yáng)能電池的耐熱性能大大提高。研究者在普通太陽(yáng)能電池的PV板上，加入了液態(tài)金屬制冷系統(tǒng)。當(dāng)外界溫度升高時(shí)，液態(tài)金屬制冷系統(tǒng)能迅速將高達(dá)1600％的溫度降低到8℃，從而避免太陽(yáng)能電池被燒壞。