比爾·蓋茨親自撰文力挺把太陽能轉化為液體燃料

OFweek太陽能光伏網訊：去年秋天我來到加州理工學院，拜訪內特·劉易斯(Nate Lewis)教授的實驗室。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特實驗室的參觀內容提供了一個背景介紹：我們如何能夠利用太陽的巨大能量來製造燃料，從而為汽車、卡車、輪船和飛機提供動力?

「我們理解：這種燃料就是通過某種材料把太陽能轉化為液體燃料，像汽油一樣供人類利用。」

我走進這間堆積著計算機屏幕、化學物質藥瓶、燒杯和其他設備的實驗室，內特遞給我一副護目鏡，介紹了一些參觀注意事項。他說：「儘管這裡堆了很多複雜的東西，但我們所做的一切歸根結底非常簡單。」

內特團隊的研究工作基於這樣一個簡單的理念：太陽是我們所擁有的最可靠、最充沛的可再生能源。太陽一小時內輻射到地球的能量，比我們人類整整一年消耗的能量還要多。如果我們能找到一種經濟高效的方法，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為未來尋找到清潔、便宜和可靠的能源。

我們都不會對太陽能板感到陌生，它可以將太陽能轉化為電能。隨著其價格的下降，太陽能板正越來越多地成為全球清潔能源的來源，這實在令人鼓舞。當然，利用太陽能發電存在一個很大的挑戰，那就是不夠可靠。太陽每天都會落山，陰天時我們又看不見太陽，這也就是為什麼我們需要找到儲存太陽能的方法，從而能在任何有需要的時候進行供給。

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，因此儲存和運輸也更容易，例如1噸汽油儲存的能量相當於60噸電池儲存的能量。這也是為什麼在電池技術實現重大突破之前，我們實在很難想象乘坐插電式電動飛機從西雅圖飛到東京。

我之前寫過一篇文章，關於我們需要實現一種能源奇迹，既為了阻止氣候變化，又要為數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迹之一，它可以解決沒有陽光照射時的能源儲存問題，還能為現有的交通基礎設施提供更易用的能源。我們可以繼續駕駛現有的汽車，但它們不會再使用從地下開採的化石燃料，而是使用太陽能燃料。由於使用這種燃料不會為環境貢獻額外的溫室氣體，因此不會破壞地球二氧化碳的平衡。

這樣的未來令人嚮往不已，但實現它需要艱辛的付出，因為沒人知道是否真有將陽光變成燃料的切實可行的辦法。多虧有了美國能源部的研究經費，內特和其他的美國研究人員才得以探索這一想法的可行性。

我們生活在一個新發明、新發現層出不窮的時代，以至於人們很容易認為，我在加州理工學院看到的前沿研究是理所當然的。然而，大多數改善我們生活的技術突破——從新的疾病治療手段到清潔能源創新——其實在研究早期便得到了政府的資助，這包括內特的研究項目。科學研究一旦取得成功，它將帶來技術創新，催生新的產業，創造新的工作崗位，刺激經濟增長。無論怎麼強調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投入，人類不會取得今天這樣長足的進步。

儘管內特和他的團隊目前仍處於這項研究的最初階段，但他們有理由對前景保持樂觀，畢竟把陽光轉化成化學能是植物每天都在乾的事兒。通過光合作用，植物利用陽光、水和二氧化碳，把太陽能儲存在化合物里。在內特的實驗室里，他率領的團隊利用的也是同樣的原料，不同之處在於，他們得搞清楚怎樣才能做得更好，在大自然擅長的領域巧奪天工。

內特說：「我們想在自然方法的啟發下創造一種太陽能燃料，和人類受到鳥類飛行的啟發而發明飛機一樣。但你不會用羽毛來造飛機，我們也不打算利用葉綠素和生物系統做一個人造光合作用系統，因為我們能做得更好。」

內特的一名學生向我展示了如何用光把水分解成氧氣和氫氣，這是製造太陽能燃料關鍵性的第一步。下一步是把氫氣和二氧化碳結合在一起製造燃料。然而利用現有技術、用陽光製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，創造出太陽能燃料的可靠來源。

內特團隊正在研究的一個方法，是一種由塑料「細胞」組成的人造草皮，這種草皮可以很容易被鋪開來吸收陽光、製造燃料。每個塑料「細胞」內都包含了水分、陽光吸收劑和一種催化劑。催化劑的作用是加速化學反應，因此每個「細胞」都能更高效地製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。內特研究的一個主要方面就是要找到其他的催化劑，它不僅要更高效耐用，還得更經濟。

內特對清潔能源的興趣始於20世紀70年代的石油危機，當時他和父親為了給車加油要排好幾個小時的隊。他說他那時就想要投身能源研究。如今，他正在訓練新一代的科學家們來幫助解決世界面臨的能源挑戰。看著在內特實驗室里工作的這些年輕人讓人倍感鼓舞，他們創新的速度比以前任何時候都要快。「我們現在一天能做的實驗在以前可能需要一整年，或者相當於完成一整篇博士論文所需的工作。」內特說。

儘管如此，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家來探索所有可能，引領人類走向擁抱清潔能源的未來。這也是為什麼最近我和許多投資人發起了突破能源基金(Breakthrough Energy Ventures)，這支基金計劃投入超過10億美元，資助有可能給世界帶來廉價且可靠的清潔能源的科學發現。

雖然我們還不能在下周或明年就給汽車加滿太陽能燃料，但是內特的團隊已經做出了有價值的貢獻，幫助我們理解如何才能有機會實現這一大膽的目標。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。