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华裔诺奖得主新研究:电动车充五分钟跑150英里

近65年来,全球二氧化碳排量急剧上升,全球气温自1975年以来上升已接近1摄氏度,这会导致冰川融化、海平面上升。科学家们已经通过卫星识别验证了这一点。如果气温升高1摄氏度,那么海平面将上升6-9米,全球约10%的人口将被迫迁移。

联合国为气温升高设定了目标,在2100年前,将全球气温上升控制在2摄氏度内。如果人类对二氧化碳的排放量不增加,保持现状的话,那么40年后,联合国的目标将被突破。

应对这一系列环境的变化,1997年诺贝尔物理学奖获得者、斯坦福大学物理学教授朱棣文在厚益控股与《财经》杂志联合主办的主题为“共享全球智慧引领未来科技”的世界科技创新论坛上称,一些在新能源领域的科学研究与创新,正在让地球变成一颗可持续的星球。

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朱棣文作主旨演讲(图源:《财经》供图)

朱棣文表示,随着科技的不断进步,全球电价正在持续降低。世界上可持续能源发展最好的地方,现在的成本已经降到了2-2.5美分/度,在中东的有些地方的太阳能的成本,包括利润在内只有2美分了。风能和太阳能的单位成本在2030年会下降到每度2美分以下。风力发电机将越来越大、效率越来越高,这样它们就可以产生更多的能源。到2023年,每一个风力发电机可以产生的电能将达到50兆瓦,这是技术带来的进步。同时也需要有着非常复杂的发电基础设施、储电设施、配电设施、输电设施,中国在长距离的发电配电方面是全球领先的国家。尤其在中国东北到中国的中部,输电过程中损耗只有5%,所以虽然不是超导,但是它是一个非常高压的直流输电线,可以减少电能的损失。

这些高压输电的网络,会带来巨大的机遇,中国就在这方面取得了巨大的成就。如果没有这些输电网络,那就要做储电。中国在水能储电领域也希望成为全球的领先者,根据中国到2020年之前的“五年计划”,水电的发电将达到380GW,同时水利储能将达到40GW,到2025年水能储电将达到90GW。

电池方面,在澳大利亚南部,最大的电池储能厂也就是100MW,90GW和100MW的差别还是很大的,水能储电的成本只有电池的1/10。所以长距离的高压输电网络,再加上风能、太阳能、水能储电确实带来了巨大的机会。

虽然可再生能源是时断时续的,但可以通过储能的方法来实现全天的电力供应。机器学习、人工智能,尤其是非结构化的机器学习正被应用到这个复杂的系统中,这种研究被用到风能的开发中,可以避免很多的能源损耗,中国在这方面做得很好,在机器学习的推动下,未来全球将有30%的能源来自于可再生能源。

电动汽车方面,电池价格将大幅度下降。特斯拉的巨型电池厂,可以把电池的储能成本大幅度降低。虽然电池的原理没有发生大的变化,但是其实有一些新的创新,第三代、第四代的电池很多研究员正在努力地探究。朱棣文表示正与斯坦福大学的崔屹教授合作,打造一款硫锂电池,现在还没有问世,现在的电池是每千克250的能量密度,但是如果使用这种新电池的话,可以达到750。比现有的电池首先要轻3-4倍,用这个电池来推动电机的话,如果放在汽车上,那么这样一个车比两升的内燃机车的重量还要轻。这种电池可以被应用在小型车上,这样一种新型的电池只要5分钟就可以让电池充电跑150英里。用硫来作为材料,也是因为硫的成本非常低,可以降低电池成本。

朱棣文表示,自己和崔屹正在研究如何通过盐水来提取锂,通过这种方式提取锂的话,可以极大的降低成本,并把锂的供给提升四个量级,让锂在未来很长一段时间保持一个低的成本,大大降低电池价格。

未来电价的降低,将给分解氢气带来了一个非常巨大的机遇,氢是一种很好的燃料,因为它的产物只是水。但是氢的存储和输送,尤其是高密度的存储和输送是非常困难的。德国科学家正在通过利用有机液体来储藏氢,这样可以将氢的储存密度提升到液氢储存密度的水平。NASA火箭的航天飞机使用的燃料就是液氢,通过有机液体储存氢,可以实现氢的引擎效率达到95%,接近现有的内燃机的燃烧效率。

21世纪所面临的挑战,就是要把二氧化碳和水产生的这种产品通过热学,通过电学,各种各样的办法,再把它变成人们所需的氢气、氧气,最后还可以让氢气和氧气通过液态的方式储存,这可以完全改变世界。

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