全球7大前沿技术，让太阳能电池效率翻番？

以任何形式利用核聚变产生能量，都是很超前的设想。即便是摩西的实验室于今年成功实现点火，这种混合核电站的一些主要技术障碍依然存在。例如，微小的、精细加工制成的聚变靶丸要能以可接受的成本量产；还需要一系列未经检验的新技术，来保证点火频率达到每秒10次（目前“国家点火装置”在一天内命中靶丸的次数也没几次）。

　　制造混合反应堆，还需要一些在纯聚变装置中用不到的技术。具体来说，就是裂变燃料层，其中的燃料要能经受得住比传统核反应堆中高得多的温度，以及猛烈得多的中子轰击。候选设计包括从固态的多层“卵石”状核燃料，到液态的、含钍、铀或钚的熔融盐。

　　这无疑是一个巨大的挑战，但摩西已经设想好了一条雄心勃勃的研发路线来实现这个目标。虽然，他们实验室的首要任务还是必须证明激光核聚变能够点火成功。

　　液体太阳能燃料

　　用太阳光和二氧化碳来驱动汽车

　　液体燃料太阳能燃料

　　太阳每一个小时照射到地球上的能量，就比人类一年消耗的能量还多。如果科学家能够将过剩太阳能转化为液体燃料，哪怕只是一小部分，就能解决我们对化石燃料的依赖，以及由此带来的种种问题。“如果能有效、经济地利用太阳能来制造化学燃料，就能彻底改变能源现状，”美国加州理工学院人工光合作用联合研究中心主任内森？ 刘易斯（Nathan Lewis）评论说。

　　其中美国桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）开展的一项尝试非常吸引人。他们在新墨西哥州的沙漠中安装了一些直径6米的圆盘状镜面，能将太阳光聚集到安放在盘面前方的一个半米长、形状像啤酒桶的圆柱形仪器上。太阳光被这些镜面聚焦后，从仪器表面的一个窗口射入，照射到里面12个以每分钟一圈的速度旋转的同轴圆环上。圆环的边缘是以齿状排列的氧化铁（铁锈）或氧化铈，它们依次旋转进光束，并被加热到1 500℃，如此高的温度能驱出铁锈里的氧。当转到反应室较冷的暗处时，它们又能从注入反应室里的水蒸气或二氧化碳中把氧吸回去，剩下富含能量的氢气和一氧化碳。

　　这样产生的氢气—一氧化碳混合气体被称为合成气（syngas），它是化石燃料、化工原料甚至塑料在分子层面的基本原料。燃烧生成的合成气所释放的二氧化碳，还能被该过程全部吸收。美国高级研究计划局能源项目部主任阿伦·麦琴达尔（Arun Majumdar）评论说，这种太阳能燃料系统“可谓一石四鸟”，即带给我们更清洁的能源供应，更高的能源保障，更低的二氧化碳排放和更小的气候变化影响。

　　在其他地方，例如瑞士联邦理工学院（Swiss Federal Institute of Technology）和美国明尼苏达大学，研究人员也在研发生产合成气的设备。还有一些新兴公司同时在寻求其他途径来达到类似目标，例如位于马萨诸塞州的Sun Catalytix公司将一种廉价催化剂泡入水中，并利用太阳能电池板产生的电力，来制备氢和氧，新泽西州Liquid Light公司将二氧化碳气体导入一种电化学反应池来产生甲醇。此外，刘易斯本人也正在研制一种“人造树叶”（参见《环球科学》2010年第11期《人造树叶：阳光变燃料》），它由一种半导体纳米线制成，能利用阳光将水分解成氢和氧。

　　当然，主要困难还是在实际应用上。在桑迪亚实验室，齿状氧化物总是破裂，阻碍了反应进行。“你让（氧化物）材料在1 500℃和900℃之间来回转，这对它们的要求很高，”亚利桑那州立大学LightWorks计划主任、未参与该项研究的化学家加里·德克斯（Gary Dirks）评论说。下一步计划是，在纳米尺度上加固氧化物的结构，或找到更合适的材料；圆盘状镜面的高昂造价也需要降低。根据桑迪亚实验室研究人员的计划，他们的合成气制造机能够生产出成本为10美元/加仑（约2.65美元/升）的燃料。“我们并非做不到这一点，但我们还有很长的路 要走。”化学工程师詹姆斯？ E ？ 米勒（James E. Miller）说，他也是这项技术的发明者之一。

　　电力生产

　　量子光电池

　　热电子能让太阳能电池的效率翻番

　　电力生产量子光电池

　　目前市场上的太阳能电池，只能将接收到的阳光能量的10%至15%转化为电能，以致发电成本居高不下。原因之一是，单层硅吸收阳光的效率，理论上限大约是31%（实验室中最好的光电池可以达到26%）。而对半导体晶体（或称为“量子点”）的新研究表明，这一理论上限可以提高到60%以上，这为开发低成本发电设备带来了希望。

在传统光电池中，硅中的电子被射入的光子击出而成为自由电子，能够自由地流入导线，从而产生电流。不幸的是，阳光中许多光子能量太高，当它们击打到硅上时，会产生一种“热电子”，它们会以热的形式迅速损失能量，在被导线捕捉