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據(jù)英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》網(wǎng)站10月9日?qǐng)?bào)道，11月末，歐洲科學(xué)部長(zhǎng)們將在巴黎召開高級(jí)別會(huì)議，決定歐洲航天局（ESA）接下來(lái)的優(yōu)先事項(xiàng)（英國(guó)目前仍是該機(jī)構(gòu)的成員），其中之一是測(cè)試在軌道上建設(shè)商業(yè)發(fā)電站的可行性。這些巨大的衛(wèi)星將把陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電力，然后輸送至地球上的電網(wǎng)中。這個(gè)擬議中的項(xiàng)目名為Solaris，它將決定這一想法是否有助于提升歐洲未來(lái)的能源安全，抑或只是天方夜譚。

如果這項(xiàng)研究獲得批準(zhǔn)，那么對(duì)于航空工業(yè)是利好消息，因?yàn)樵撔袠I(yè)一直處于太陽(yáng)能發(fā)電發(fā)展的前沿。1957年，俄羅斯發(fā)射了電池供電的一號(hào)衛(wèi)星；一年后，美國(guó)發(fā)射了“先鋒1號(hào)”衛(wèi)星，這是在軌運(yùn)行的第四顆衛(wèi)星，也是第一顆利用太陽(yáng)能發(fā)電的衛(wèi)星。從那時(shí)起，太陽(yáng)能電池板成為航天器的主要?jiǎng)恿?lái)源，推動(dòng)了研究進(jìn)展。“先鋒1號(hào)”的太陽(yáng)能電池僅可把捕獲的9%的陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能。如今，這一效率提高了一倍多，而且還在繼續(xù)提高，制造成本卻持續(xù)下降。這是制勝之道。

(資料圖)

麥肯錫咨詢公司合伙人約亨?拉茨說(shuō)：“過(guò)去20年，太陽(yáng)能的成本迅速降低，比業(yè)內(nèi)大多數(shù)人士的預(yù)期更快。”以至于在中東和澳大利亞，太陽(yáng)能成為最便宜的發(fā)電方式。拉茨說(shuō)，隨著這項(xiàng)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，中緯度國(guó)家也會(huì)如此。拉茨說(shuō)：“我們預(yù)計(jì)，到2050年，歐盟超過(guò)40%的能源將來(lái)自太陽(yáng)能――如果各國(guó)實(shí)現(xiàn)既定目標(biāo)的話?！睂脮r(shí)，太陽(yáng)能將成為歐盟最主要的能源來(lái)源。

然而，要充分利用地球上的太陽(yáng)能電池板，需要解決幾個(gè)顯而易見(jiàn)問(wèn)題。首先，我們晚上怎么辦？今年5月，澳大利亞新南威爾士大學(xué)光電和可再生能源工程學(xué)院副教授內(nèi)德?伊金斯-道克斯及其研究團(tuán)隊(duì)展示了一種通過(guò)紅外線而非陽(yáng)光發(fā)電的太陽(yáng)能電池。這種電池可以在夜間運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)榈厍蛞詿崃康男问絻?chǔ)存來(lái)自太陽(yáng)的能量，然后將熱量以紅外輻射的形式輻射回太空。

這種裝置的原型機(jī)使用的技術(shù)與夜視鏡相同。目前它只能產(chǎn)生幾毫瓦的電力，但伊金斯-道克斯認(rèn)為它存在很大潛力。他說(shuō)：“這才剛剛開始，這是全世界首次展示熱輻射電能。”他的團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是研制出“功率（比原型機(jī)）強(qiáng)1萬(wàn)倍”的成品。屆時(shí)，在屋頂上安裝這種設(shè)備（可能作為傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板的額外加層）有望為住宅提供一整晚的電力并維持冰箱和WiFi路由器等電器的運(yùn)轉(zhuǎn)。盡管這對(duì)每個(gè)家庭來(lái)說(shuō)微不足道，但對(duì)一個(gè)國(guó)家來(lái)說(shuō)意義重大。

太陽(yáng)能的另一個(gè)問(wèn)題是，有些日子沒(méi)有太陽(yáng)。為解決這一問(wèn)題，在陽(yáng)光明媚的日子里產(chǎn)生的過(guò)剩電力需要儲(chǔ)存在電池中，但目前的電池儲(chǔ)存能力很差。全電動(dòng)汽車租賃公司UFO駕駛公司的首席執(zhí)行官艾丹?麥克林說(shuō)：“到2030年，歐盟將需要約200吉瓦的儲(chǔ)能電池，但截至2021年，歐盟僅有2.4吉瓦的儲(chǔ)能電池，所以儲(chǔ)能需要大幅增加。”

為幫助彌補(bǔ)這一缺口，麥克林提出了一項(xiàng)名為“從車到電網(wǎng)”（V2G）的計(jì)劃：用電動(dòng)汽車的電池儲(chǔ)存屋頂太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的多余電力，在晚上需要時(shí)將電力輸送給住宅，甚至在電力需求旺盛的其他時(shí)期將其出售給國(guó)家電力公司。麥克林說(shuō)：“如果V2G得到廣泛采用，那么所有電動(dòng)汽車的預(yù)期儲(chǔ)量將大大超過(guò)電網(wǎng)未來(lái)的儲(chǔ)能需求?！弊罱谟?guó)白金漢郡米爾頓凱恩斯進(jìn)行的一項(xiàng)V2G試驗(yàn)顯示，參與者使用一種用可再生能源生產(chǎn)電力的“智能”充電系統(tǒng)，不僅省錢，還減少了碳足跡。

另一種方法是用太陽(yáng)能生產(chǎn)可持續(xù)的汽車燃料，而不是發(fā)電。英國(guó)劍橋大學(xué)化學(xué)系的弗吉爾?安德烈及其同事在光合作用的啟發(fā)下研發(fā)出了一種薄薄的“人造樹葉”。植物的光合作用會(huì)吸收陽(yáng)光、水和二氧化碳，將其轉(zhuǎn)化為氧氣和糖分。在人造樹葉中，輸出的物質(zhì)是合成氣。這種碳?xì)浠旌蠚怏w可通過(guò)各種工藝生產(chǎn)出多種燃料，甚至包括汽油和煤油。

安德烈說(shuō)：“我們希望將大氣或其他工業(yè)過(guò)程中的二氧化碳注入此類系統(tǒng)，制造綠色燃料。這樣不僅沒(méi)有向大氣中排放更多二氧化碳，反而創(chuàng)造了循環(huán)碳經(jīng)濟(jì)?！比嗽鞓淙~將依靠捕獲碳的植物（目前植物被用來(lái)從工業(yè)過(guò)程中吸收二氧化碳），將其“回收”成可持續(xù)燃料。

該團(tuán)隊(duì)2019年首次制造出一片人造樹葉，但它是一種由玻璃和金屬構(gòu)成的笨重結(jié)構(gòu)，配備一個(gè)底座。不過(guò)，研究人員今年宣布，他們研發(fā)出了一種體積更小、更像樹葉、能在河上漂浮的結(jié)構(gòu)。這片葉子和前驅(qū)氣體以及水一起被密封在一個(gè)透明的塑料袋里，然后在河上漂浮了幾天。之后，研究人員打開袋子，測(cè)試光合作用產(chǎn)生的氣體。

人造樹葉本身由鈣鈦礦構(gòu)成。天然存在的鈦酸鈣就是典型的鈣鈦礦。1839年，德國(guó)礦物學(xué)家古斯塔夫?羅斯在俄羅斯烏拉爾山脈發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦，以俄羅斯同行列夫?佩羅夫斯基的名字為其命名?，F(xiàn)代鈣鈦礦有不同的化學(xué)成分，有些可以充當(dāng)太陽(yáng)能電池。

安德烈說(shuō)：“這些材料很新，而且令人興奮?！睂?shí)驗(yàn)室測(cè)試顯示，鈣鈦礦或許比傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板中使用的硅更高效。鈣鈦礦甚至可以取代未來(lái)太陽(yáng)能電池板中的硅，因?yàn)橹圃燧p薄柔軟的鈣鈦礦板層更容易。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，鈣鈦礦產(chǎn)生的電流和電壓比硅更高，這有助于實(shí)現(xiàn)能量更強(qiáng)的反應(yīng)過(guò)程，就像人造樹葉研究中的那樣。

不過(guò)，盡管這一切聽起來(lái)很有希望，但在地球表面用太陽(yáng)能發(fā)電存在一個(gè)無(wú)法克服的問(wèn)題：大氣。大氣層中的分子把一半左右的陽(yáng)光散射到直射光束之外。正是這些跳躍的分散光線構(gòu)成了我們所熟悉的藍(lán)天。太空沒(méi)有大氣層，所以陽(yáng)光未經(jīng)稀釋。太空競(jìng)賽之初，航空航天工程師們就發(fā)現(xiàn)，將一塊太陽(yáng)能電池板送入軌道后，它的自動(dòng)發(fā)電量是地球上的兩倍左右。因此，幾十年來(lái)，工程師和夢(mèng)想家一直希望將太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星送入軌道。

原理很簡(jiǎn)單。一群攜帶巨大太陽(yáng)能電池板的航天器收集陽(yáng)光，然后將其轉(zhuǎn)化為電力，并將電能傳回地球。如何通過(guò)無(wú)線方式在太空中傳播能量？事實(shí)證明，這種做法已經(jīng)有幾十年歷史了。自上世紀(jì)60年代以來(lái)，每一顆通信衛(wèi)星都用一塊太陽(yáng)能電池板發(fā)電，然后將其轉(zhuǎn)化為微波信號(hào)并發(fā)送到地球。在地面上，天線將微波轉(zhuǎn)化為電能并讀取信號(hào)。歐洲航天局的桑賈伊?維金德蘭說(shuō)：“天基太陽(yáng)能發(fā)電過(guò)程涉及的物理學(xué)原理（與地球上）完全相同，但規(guī)模大得多。”他正在協(xié)調(diào)擬議中的Solaris項(xiàng)目，以研究天基太陽(yáng)能發(fā)電的可行性。

自太空競(jìng)賽開始以來(lái)，每隔幾十年，人們就會(huì)對(duì)太空太陽(yáng)能的想法進(jìn)行研究，但每次結(jié)果都一樣：發(fā)射如此大的衛(wèi)星的成本讓人望而卻步。但現(xiàn)在情況不同了。

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）前物理學(xué)家、現(xiàn)任阿泰米斯創(chuàng)新管理解決方案公司總裁的約翰?曼金斯說(shuō)：“2015年，奇跡發(fā)生了?！C鷹9’號(hào)可回收火箭首次飛行?！甭鹚故翘?yáng)能衛(wèi)星專家，幾十年來(lái)參與了許多可行性研究。隨著真正的可回收火箭的出現(xiàn)，將設(shè)備送入軌道的成本迅速下降。曼金斯預(yù)計(jì)，發(fā)射成本已經(jīng)從每千克1000美元降至300美元左右。他說(shuō)：“這是太空太陽(yáng)能的圣杯。它不僅是有可能發(fā)生的，而且在今后5到7年一定會(huì)發(fā)生。”

其他人也同樣樂(lè)觀。2021年9月，弗雷澤-納什咨詢公司應(yīng)英國(guó)政府要求發(fā)布了一份報(bào)告，其結(jié)論是：“太空太陽(yáng)能發(fā)電在技術(shù)上是可行的，價(jià)格可以承受，而且既能為英國(guó)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益，又能支持凈零排放?！苯衲?月底，歐洲航天局也發(fā)表了太空太陽(yáng)能研究報(bào)告，得出了類似的結(jié)論。因此，歐洲航天局在11月要求其成員國(guó)資助一項(xiàng)為期3年的太陽(yáng)能衛(wèi)星可行性研究，詳細(xì)探究此類系統(tǒng)在商業(yè)上是否可行。維金德蘭說(shuō)：“Solaris將檢驗(yàn)這種做法是否真的可行，在我們申請(qǐng)數(shù)十億歐元資金之前，這很有必要?！?/p>

無(wú)論太陽(yáng)能衛(wèi)星是否進(jìn)入軌道，毫無(wú)疑問(wèn)的是，太陽(yáng)能將主導(dǎo)未來(lái)的能源版圖。正如當(dāng)前的烏克蘭危機(jī)所表明的，這些衛(wèi)星可以提升能源安全，并減少碳排放。