7大颠覆性技术破解能源危机
摘自《新浪科技》
科学家和工程师正在开发一系列看起来渺茫，却有望彻底解决能源危机的新技术。《环球科学》（《科学美国人》中文版）挑选出7大颠覆性技术破解能源危机，都是最有可能使投入得到回报的范例。
许多人都在研究如何更有效地利用可再生能源及如何提高能源效率，接下来介绍的这些项目，都是最有可能得到回报的范例。当然，前提是它们的发明者能跨过重重障碍，并最终使科学成果投入大规模生产。也许这些新技术最终成功的可能性只有10%，但如果其中任何一种成为现实，能源利用率和安全水平就会得到极大提高。
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利用激光从核废料中榨取电能
自然界中，太阳的光和热源自核聚变；氢弹的能量也来自核聚变。物理学家和工程师数十年来也一直在努力研究如何通过核聚变发电。现在，研究人员能够轻松制造出可控核聚变反应??只要让氢原子核足够猛烈地碰撞压缩到一起，它们就会融合，并释放出中子和能量。然而，要让核聚变用于发电，就必须做到更高效，以使反应所释放的能量大于触发反应（被称为“点火”）所需的能量，这是科学界的一道难题。
因此，美国利弗莫尔国家实验室国家点火装置（National Ignition Facility）的科学家设计出一套新方案：用核聚变来驱动裂变，利用原子分裂产生的能量来驱动传统核反应堆，有望利用这一机制运作的实验性核电站有望在20年内建成。[详细] |
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用太阳光和二氧化碳来驱动汽车
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。
其中美国桑迪亚国家实验室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，能将太阳光聚集照射到里面12个以每分钟一圈的速度旋转的同轴圆环上。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。 [详细] |
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热电子能让太阳能电池的效率翻番
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，在被导线捕捉到之前又重新回到初始状态。如果能在热电子冷却前就捕捉到它们，那么光电池的效率上限就会翻一番。[详细] |
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形状记忆合金利用废热带来额外能量
在美国，人们消费的能源中，有60%白白浪费掉了，其中大部分以热的形式从汽车排气管和发电厂的烟囱中逃走。科学家正试图利用一种被称为“形状记忆合金”的新型材料，来捕捉这些宝贵的能量。形状记忆合金能将热能转化为机械能，进而产生电力。该研究组的第一个目标是，回收汽车排气系统中散发的热能，驱动车载空调或音响系统。
研究组的设计并不复杂，但离实用仍很遥远。形状记忆合金容易疲劳，会变得脆而易碎；需要连续处理3个月才能重新回到“本态”的形状记忆；合金线很难组合成带；如何解决利用空气来有效加热和冷却合金带也是一个挑战。[详细] |
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汽车油耗将降低80%
一个多世纪以来，几乎所有轿车和卡车都使用的是活塞式发动机。即便是目前最新型的混合动力车，以及雪佛兰沃尔特电动车这样的全新概念车，也都还在使用小型活塞式发动机来提供动力和为电池充电。然而，美国密歇根州立大学正在研发一种完全不同的、不使用活塞的发动机。它被称为波?转子发动机或冲击波发动机。如果取得成功，未来混合动力汽车的油耗就能降低80%。
这种紧凑型发动机仅有家用蒸锅大小，需要的部件也比活塞式发动机少得多。这种发动机将不再需要活塞、连杆和汽缸。重量的减轻和燃油效率的提高“能在消耗同样数量燃料的前提下，让一辆装备再生制动装置的插电式混合动力车的行驶距离增加4倍，相应的二氧化碳排放量也会减少80%。[详细] |
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能为冰箱和房间制冷的特殊合金
在日常生活中，我们通常使用空调、冰箱和冰柜来制冷，但它们都需要能量驱动，所消耗的电能占到美国家庭耗电量的1/3。而一项依赖于磁体的全新制冷技术，能显著降低这部分能耗。
美国宇航公司的研究人员正在研发一种不使用压缩机，而是基于磁体的新型制冷机。从某种程度上来说，所有磁性材料都会在被置入磁场后升温，在移出磁场后降温，这一特性被称为“磁致热效应”，虽然这一效应早在1881年就被发现，但它的商用价值却一直被人忽视。然而在1997年，美材料科学家偶然发现，一种由钆、硅和锗构成的合金能在室温下显示出巨大的磁致热效应。自那时起，美国宇航公司还陆续把注意力集中在具有同样性质的其他合金上。[详细] |
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用盐来吸收火电厂排放的碳
煤炭是美国最便宜、最丰富的能源，但由于含碳量最高，它也是引起气候变化的主要原因。工程师设计出了多种途径和方法，以在火力发电厂排放废气前清除掉其中的二氧化碳，但这么做的最大问题是，这些工序会消耗煤炭燃烧所产生能量的30%，让所谓的“可清洁燃烧煤炭”概念难以令人信服 。
美国圣母大学能源中心的一种设计尤其引人注目，他们使用了一种被称为“离子液体”的新型材料。这种材料的第一个好处是，它所能吸收二氧化碳的量，两倍于其他化学结构类似的碳吸收材料。另一个优点是，在吸收过程中，这种盐会经历一个从固态到液态的相变，这种变化释放的热量能被回收利用，将碳从液体中汲出，便于后续处置。[详细] |
