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诺奖得主朱棣文:可再生能源时断时续,可用机

时间:2018-08-11 19:52来源:未知 作者:admin 点击:
1997年诺贝尔物理学奖取得者、斯坦福大学物理学教授、美国第12任动力部部长 朱棣文 “尽管可再生动力是断断续续的,可是人类能够经过储能的方法来完成全天的电力供应。把机器学

1997年诺贝尔物理学奖取得者、斯坦福大学物理学教授、美国第12任动力部部长 朱棣文

“尽管可再生动力是断断续续的,可是人类能够经过储能的方法来完成全天的电力供应。把机器学习应用到风能开发中,能够防止许多的动力损耗。”8月11日,1997年诺贝尔物理学奖取得者、斯坦福大学物理学教授、美国第12任动力部部长朱棣文在由厚益控股和《财经》(博客,微博)杂志联合主办主题为“同享全球才智 引领未来科技”的国际科技立异论坛上如此标明。

朱棣文介绍,全球大部分的气温升高是在1975年今后,基本上涨了0.95摄氏度。地质数据显现,温度再升高1度,海平面会上涨6米-9米。这样的添加,咱们曩昔可能以为需求几百年才会发作。而依照联合国的估量,假如海平面上升6-9米,差不多全球人口的10%即将被逼搬迁。所以全球总的碳排放量,包含物流、交通、处理等等,必须在2070年、2080年变成负值,才干满意联合国的到2100年将上升温度控制在2摄氏度的方针。这是联合国设置的红线。

朱棣文标明,联合国的方针,建立在以二氧化碳累计排放核算的基础上。之所以用累计排放而不是年度排放来评价,是由于有一半的排放会被地球吸收和处理掉。剩余的则会在地球上循环,这意味着咱们今日的碳排放会给未来几千年几万年带来影响。从全球来看,咱们看到有更多的热浪、更多的缺水、更多的干旱,美国加州在上一年就有17次森林大火,加州冬季的时刻也越来越短。

关于怎样将地球改构成一个可继续的星球,朱棣文以为,现在有一个好消息,就是许多可再生动力开展最好的当地,在没有补助的情况下,现已能够自己发作赢利。他还说到,我国在水能储电方面,有期望成为全球的抢先者。

朱棣文介绍,尽管可再生动力是断断续续的,可是人类能够经过储能的方法来完成全天的电力供应。这个体系会牵涉到机器学习、人工智能等。把机器学习应用到风能开发中,能够防止许多的动力损耗。我国在这方面做得很好。并且,假如动力能够以液态的方法进行运送贮存,或将彻底改动咱们的国际。

朱棣文标明,现在在加州,可再生动力占有30%的比例,到2030年会占到50%。所以说对全球而言,30%的动力能够来自于可再生动力,我国和欧洲都能够完成。

电动轿车、电池的价格大幅度下降,同样是可再生动力开展的时机。朱棣文泄漏,他正在研讨愈加简便的硫锂电池。这种电池能够削减电池电量的丢失,使得充电的速度加快。充电的时分不会让电池过热,只需充电5分钟,就能够让车跑150英里。何况硫的本钱十分低,能够下降电池本钱。终究,假如用钴来做的话,钴的价格很高,是没有方法量产的。

朱棣文最终标明,要想完成联合国的方针,首要要进行碳的捕获。从化工厂、发电站进行碳捕捉,也能够经过天然的方法来完成。不过,怎样让碳的负排放,在技能可行之外,在经济上也具有可行性,则是未来科学家所面对的应战。

以下为讲话实录:

朱棣文:很快乐来到这儿,咱们这次是一次科技的论坛。我今日不想讲科学研讨的理论,我的科学研讨现在做得不错,有一些新的发现,也合成了一些新的物质。一起进行了细胞中的神经传输,第一次的在几厘米内,能够在这样一个神经元上进行传输。这儿面会有两个、四个和六个,这样一个动力,运用的就是一种新的平衡的动力学来完成的。

那么正是这样一种研讨,就能够让咱们经过一种和传统不同的方法来剖析数据,来展现出二、四、六,动力的不同的分支。这就是我最近做的一个研讨,十分令人激动。

今日我想讲别的一个论题,这个论题让我感到激动,也让我感到很抑郁。首要我跟咱们讲一下气候改动方面咱们的开展,以及在科学技能和工程方面,咱们终究能够做哪些作业来改动咱们的国际。

首要来看一下气候改动的危险,这是1850年-2017年的全球温度改动。从这上面能够看到自从1975年以来,全球大部分的气温升高是在1975年今后,基本上上涨了0.95摄氏度,挨近1摄氏度了。那么尽管科学标明在70年代、80年代曾经,许多气温的升高也有一些展现,但往往是一种噪音。可是在1975年之后,这个气温的升高比较清晰,到现在现已升高了1摄氏度左右了。

你可能会说温度升高就会使得冰川消融、海平面上升。的确如此,那你能够在其他的当地,比如说阿拉斯加的冰川相片,一个是1941年、一个是2001年,这两个冰川的图片彻底不相同。可是关于气候改动最精确的测量方法就是运用卫星,跟着冰川的改动,特别是格林蓝岛和南极冰川的消融,能够用卫星进行辨认,这是咱们最新的数据。这就是2002年到2009年的卫星数据,蓝色是阐明南极和北极的冰川的消融,在咱们做这样一个测算之前,咱们其时有一种感觉,就是南极的冰川会添加,由于温度升高就意味着水更多的会被蒸腾,更多的蒸腾就意味着会有更多的雨雪,并且南极很冷,按道理说冰川应该是在添加的。可是咱们现在经过咱们的卫星测算却发现,南极的冰川却在削减。

那么咱们回到人类上一个温暖的年代,比今日大约到1摄氏度。其时海平面上升了多少呢?假如是温度升高1摄氏度,咱们现在海平面升高多少?经过地质的数据显现,假如温度再升高1度的话,海平面会上涨6米-9米。这样的添加,咱们曩昔可能以为需求几百年才会发作,可是在最近的几百年以内,有可能由于温度的上升会使得海平面上升6-9米。假如海平面上升6-9米的话,差不多全球人口的10%即将被逼搬迁,这是联合国的估量。

咱们能够有哪些期望呢?这是美孚的出书物,展望未来2040年,上面一条就是一切不改动,当然现在咱们现已有所改进了。而下面这些是一向继续到2100年,也就是咱们的碳排放不断削减带来的成果。看这个纵轴,上面有个零,美孚、壳牌和其他一切的油气公司,他们就决议为了完成联合国的方针,全球总的碳排放量,包含物流、交通、处理等等,必须在2070年、2080年变成负值,才干满意联合国2摄氏度的方针。

那咱们现在的开展怎样呢?有一个相对比较达观的猜测,就是红线。和上面的这条线不太相同,可是毫无疑问这和联合国方针所完成的碳敞开仍是有很大的距离。咱们把一切累计的排放加在一起,到2100年,这就是联合国排放的方针。你可能会说,有50%的可能性,全球的温度上升1.7-1.8摄氏度,有2/3的可能性温度维持在2摄氏度以内。还有50%的可能性,全球的温度提高超越两摄氏度以上。这是联合国规划的红线,这边讲的是累计的排放,为什么累计排放这么重要呢?而不是年度排放。由于一旦大气中有二氧化碳的话,其间一半很快会被土地和海洋吸收,所以有一半的排放现已被处理和吸收掉了。别的一半在地上和海洋会不断地循环,这样的循环需求几千年几万年。也就是说咱们今日碳排放会在未来几千年几万年带来影响。从全球来看,咱们看到有更多的热浪、更多的缺水、更多的干旱,美国的加州在上一年就有17次森林大火,并且在加州冬季的时刻也越来越短,在曩昔30年一直看到这样一个现象。

所以这些现实就变得越来越清晰,并且在国际上不同的区域都逐步的展现出来,包含欧洲也有越来越多的热浪。咱们的感觉就是,这些极点的气候现象在未来将继续,并且将变得更为频频。

下面讲讲好消息,那就是科学和立异。怎样让咱们的国际变成可继续的星球呢?我下面想简略谈谈风能和太阳能。

我想将的一个要害点就是在国际上那些可再生动力开展最好的当地,在没有补助的情况下,比如说我供电给你,给你定一个电价,当然这个电价关于这个供电公司是有着赢利的。那在国际上可继续动力开展最好的当地,现在的本钱现已降到了2分-2.5分/度,在中东的有些当地的太阳能的本钱,包含赢利在内只需2美分了。在有些当地,这个价格会进一步的下降,风能和太阳能的单位本钱会下降到每度,2030年的时分2美分以下。

并且咱们看到风力发电机越来越大、功率越来越高,这样它们就能够发作更多的动力。并且在2023年,每一个风力发电机能够发作的电能能够到达50兆瓦,咱们能够看到风轮的直径、半径也越来越大,中心是空客的380,咱们能够看一下这个风力发电机越来越大,适当所以空客380翼展的3倍,并且60%的时刻这个风力发电机都能够进行发电,也就是说,这是技能带来的前进。尽管60%的时刻能够发电,但这也并不能确保时时刻刻都有电,所以这需求有着十分杂乱的发电基础设备、储电设备、配电设备、输电设备,我国在长距离的发电配电方面是全球抢先的国家。黑色是高压输电,要么是100万伏,要么就是直流高压输电,黑色是沟通输电,赤色是直流输电,特别在我国东北,也到了我国的中部,在输电的进程中损耗只需5%,所以这边尽管不是超导,可是它是一个十分高压的直流输电线,能够削减电能的丢失。

也就是说运用这些高压输电的网络,能够给咱们带来巨大的时机,我国就在这方面取得了巨大的成果。假如没有这些输电网络,那就要做储电了,这张图反映了最好的储电体系,有太阳的时分和风的时分,就用这个动力,把水抽到罐子里边,没有太阳、没有风的时分要用电的话就打开水阀,这就是水能储电。我国在这样一个范畴也期望成为全球的抢先者,水能储电,这是我国到2020年之前的“五年计划”,水电的发电将到达380GW,一起水利储能将到达40GW,到2025年水能储电将到达90GW。其实水贮藏在一个比较高的一种方位,它所发作的这种电能能够到达90几瓦,可是储能的度数要比这个高许多了。

再看一下电池,在澳大利亚南部,最大的电池储能厂也就是100MW,90GW和100MW的不同仍是很大的,水能储电的本钱只需电池的1/10。所以长距离的高压输电网络,再加上风能、太阳能、水能储电的确给咱们带来巨大的时机。一起我国也期望把这种水力发电站,欧洲也在把挪威、北欧的一些水能发电站与风能、太阳能发电联络在一起。

所以说尽管可再生动力是断断续续的,可是你能够经过储能的方法来完成全天的电力供应。这个体系当然是十分的杂乱,讲到机器学习、人工智能,特别对错结构化的机器学习,也在应用到十分杂乱的动力输电以及配电的体系中。咱们知道机器学习,特别对错结构化的机器学习,它并不是由围棋大师教它们怎样下围棋,而是由机器自己对弈,下几百万次之后就知道怎样取胜。这就是机器学习,经过这样一种学习机器就能够狂胜国际上顶尖的围棋大师。咱们能够看到围棋大师下第一场的时分都要哭了,他说我是在和后院下棋,可是AlphaGo是在和整个国际下棋。这是Deep Learning经过机器学习的AlphaGo,咱们能够经过这种研讨用到风能的开发,能够防止许多的动力损耗。我国在这方面做得很好,在加州咱们的可再生动力是30%,到2030年会占到50%。一起,动力的运用将有50%来自于可再生动力,所以说全球而言30%的动力能够来自于可再生动力,比如说我国和欧洲都是能够完成的,美国也是能够完成的,可是咱们需求机器学习在这方面发挥效果。

电动轿车,电池的价格大幅度下降,从2005年到2016年大幅度下降。特斯拉的巨型电池厂,能够把电池的储能本钱大幅度下降。而通用轿车到2020年,每一度的本钱能够到达100,并且电池的原理没有发作大的改动,可是其实有一些新的立异,咱们知道第三代、第四代的电池许多研讨员正在尽力地探求,这是斯坦福大学的崔屹教授,我在和他协作,他想打造一个硫锂电池,现在还没有面世,可是它的是高于现有的电池的,现在的电池是每千克250的能量密度,可是假如运用这种新电池的话,能够到达750。所以说比现有的电池首要要轻3到4倍,用这个电池来推进电机的话,假如放在轿车上,那么这样一个车比两升的内燃机车的分量还要轻。经过运用这种电池你能够做这种小型车,并且还能够一次充电跑好远,当然咱们也正在做这方面的研讨。

这样一来,咱们也能够削减电池电量的丢失,这样一来还能够使得充电的速度加快。并且在充电的时分不会让电池过热,这样一种新式的电池只需5分钟就能够让电池充电跑150英里。这个连接器和咱们现在的加油的油枪其实是差不多的,也不会做得过大。咱们现在所需求的就是让电池让充电的时分削减内部的一个阻力,咱们现在也正在尽力,正在研讨这种资料。咱们想用硫来做这个资料,由于硫的本钱十分低。能够下降电池本钱。假如用钴来做的话,钴的价格很高,所以没有方法量产。

我和崔屹很快会出书一个论文,这个论文中咱们将研讨从盐水中来提取锂。这个动力的本钱十分低,而现在锂的市价仍是比较高的,所以假如经过这种方法提取锂的话,它能够极大的下降本钱,能够把锂的供应提高四个量级,能够让锂在未来很长一段时刻坚持一个低的本钱。所以说这样一种技能也给咱们带来了新的时机,使得这个电化学范畴带来了新的时机。什么意思呢?咱们说氢气现在用的最多的,假如是你跟原油在炼油厂联合起来加工的话,就能够发作高质量的成品油,包含航空燃油、汽油、柴油,但现在经济主要是来自于甲烷,可是发作氢气的进程中也发作许多的二氧化碳。你能够经过简略的化学方法,把水转化成氢气和氧气,假如水转成电的本钱每一度是4美分的话,那么这个出产氢气的本钱是很高的。可是假如每度的本钱只需2美分的话,那么氢气将成为一个十分有远景的动力,由于咱们知道现在在未来能够运用可再生动力完成电的本钱到达2美分/度,这样一来就给分化氢气带来了一个十分巨大的时机。由于在未来电价,特别是来自于风能和太阳能的电价会大幅度下降,所以给咱们打开了许多的时机。

给咱们举个比如,这是咱们一个学生Jun Li。这是人的肺部,咱们吸入氧气,然后把氧气传输给身体的细胞里边,发作二氧化碳。这就是人的一种推陈出新的现象,然后二氧化碳再回到肺部,经过薄膜再呼出。咱们幻想一下电化学,这儿有两个电极,其间正极会有电子、有氢。别的一个电极有氧气。

咱们举个比如,假设说这儿面有一个催化剂发作氢气和氧气,这儿面的分子会逐步的构成一个气泡,逐步的增大。你需求动力打破气泡外表的张力,跟着气泡的增大它也会阻止催化的效果,让这样一种反响的速度减缓。所以,这个气泡其实关于这种水的电解是晦气的,但怎样把这种气泡消除呢?咱们来看看人的肺部是怎样作业的。这就是肺部的隔阂,有水、有催化剂,正是由于这样一种物质的存在,能够使发作的这种气泡,不管是什么样的气体都能够从这种溶液中出来。这样的话就不会发作气泡,它就能够防止关于外表张力的这种战胜。它是怎样运作的呢?假如你运用这种廉价的聚合物,它就能够在许多程度上消除这种气泡的现象,让这个氢气和氧气加快它的一种化学反响,所以比咱们现在最优情况下的这种电极效果功率提高四倍。可是此外还有一些其他的优点,由于讲到氢气和氧气,你想到它的一个几许的形状,能够从这张图上看出,这边有催化剂,一边是发作氢气,一方面发作氧气,这是咱们所需求的。那也能够运用不同的催化剂,所以这儿面咱们更多的考虑的是外表的一种几许形状。假如你运用这种纤维素的话,它也会让这种催化的效果减缓。

所以最好的一个体系就是运用这种微观的物质,大约只需1毫米的1/10,用一个网状的结构,为什么是网状结构呢?当然这个本钱很低。由于首要你期望它的高度到达10米,可是又期望经过100微米的距离把电极隔脱离,由于你发现假如你这种电极做得大的话,带来的这种本钱就会很高,发作的催化的本钱就很高。可是你经过这样一种规划,就能够构成一种3D结构,来添加催化面积,使得化学反响的功率更高。由于电在未来会越来越廉价,一起加上这样一种新的结构,就能够经过电解的方法发作氧气和氢气,一方面取得氧气,一方面取得燃料。

在我讲下一个论题之前,我想先提示各位,一旦有了氢气、有了氢,氢是一种很好的燃料,由于它的产品仅仅水。可是氢,你要进行存储和运送,特别是高密度的存储和运送是十分困难的,现在假如你买氢动力轿车的话,你可能会在这个罐子里边充这种高压的氢。彼得,他是德国的一个科学家,他就在考虑这种有机的液体来贮藏氢,这儿有3个苯环,你在这儿面参加氢的话,你能够在有机液体中参加6个氢原子,假如用这种方法贮存的话,那么氢的贮存的密度和液氢的贮存密度十分的相似,咱们知道NASA火箭的航天飞机运用的燃料就是液氢,可是要求的存储问题十分低,可是在室温条件下它的贮存容量和液氢基本上相等,这样的话就能够把有机液体放在油箱中或许放在管道中进行运送,运用氢的话就做一个反向的化学反响就好了。在常温下、室温下能够把氢再提取出来,这是咱们氢电池未来的一个方针。能够完成氢的引擎,功率到达95%,挨近现有的内燃机的焚烧功率。

讲到液氢的贮存,前面说到了几个前提条件,首要就是太阳能、风能的本钱越来越低,一起有新的电解技能。别的又能够在罐中,经过这种新的方法进行贮存和传输,确保传输的安全,需求运用的时分就能够把氢提取出来。为什么这些都这么重要呢?由于21世纪所面对的应战就是要把二氧化碳和水发作的这种产品经过热学,经过电学,各式各样的方法,再把它变成咱们所需求的比如说氢气、氧气,最终还能够让氢气和氧气经过业态的方法贮存,假如能进行贮存的话,这比化学电池的储能要好得多。咱们能够把它幻想成一个长距离的航线,它是在太平洋(601099,股吧)中心运送动力的,现在的原油就是经过这种油轮进行运送的。比如说我国进口石油,需求的时分进行精粹,那可能会说从其他各国进口石油的本钱是多少呢?那就是每加仑两美分,十分低。所以咱们说假如把动力以液态的方法、以高密度的方法进行贮存的话,是动力贮存的要害。许多当地没有方法中做水利储能,这很好,可是许多国家没有方法做水利储能。假如动力能够以液态的方法进行运送贮存的话就能够彻底改动咱们的国际。

前面我现已谈到了这个红线是咱们未来的展望、猜测。也可能是10年之后、20年之后,全国际,乃至包含美国在内总算清醒了,认识到气候改动是咱们面对的一个严峻的应战。可是请记住,甭说要坚持两摄氏度了,在三摄氏度以下,咱们首要一定要进行碳的捕获。从化工厂、发电站进行碳捕捉,从空气中进行碳捕捉,我觉得也能够经过天然的方法来完成。为什么呢?由于考虑到国际排放的二氧化碳,30亿吨-50亿吨。再看一下农作物和植物经过光协效果,还有草地上的草来吸收的二氧化碳,它们其实是空气中发作二氧化碳的两倍。当然大部分的植物它逝世之后,又会发作二氧化碳,又会发作甲烷。可是假如你把这些逝世植物的剩余搜集起来,把它捕捉起来,把它变成一些其他的物质,在这样一种进程你也能够把碳来进行一个封存和捕获。这样一来就会真实的完成负的碳排放,这就是咱们面对的别的一个应战,怎样让这样一种进程在经济上也具有可行性,当然技能上它是可行的了,当然在经济上怎样进行可行呢?这就是未来科学家所面对的应战了。

我就讲这么多,谢谢各位。

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