在電的發(fā)展史上，科學(xué)和科學(xué)家有多重要？人類對電的理解是基于有史以來最驚人的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，這是電與其他傳統(tǒng)能源的一個區(qū)別。這不是說科學(xué)對石油、煤炭和天然氣不重要，而是說科學(xué)研究在電的歷史中占據(jù)了非常重要的地位，這是其他傳統(tǒng)能源所不具備的特點。
愛因斯坦說過，電不僅僅是 19 世紀和 20 世紀科學(xué)發(fā)現(xiàn)道路上的一站，對電的研究本身就是一條科學(xué)發(fā)現(xiàn)之路。因此，人們對電力領(lǐng)域的科學(xué)發(fā)現(xiàn)寄予了更大的希望。
發(fā)揮科學(xué)和科學(xué)家的力量
回溯歷史，我們知道電力領(lǐng)域的第一波科學(xué)發(fā)現(xiàn)是在富蘭克林時代，富蘭克林、法拉第和麥克斯韋都對此做出了貢獻。但在今天，討論電力行業(yè)的文獻資料不計其數(shù)，卻鮮少有人提到科學(xué)發(fā)現(xiàn)，就好像所有開創(chuàng)性的科學(xué)發(fā)現(xiàn)都已經(jīng)窮盡，再也無法掀起新一輪的發(fā)現(xiàn)浪潮。毫無疑問，事實并非如此。當(dāng)我們面對美國日益增長的能源消耗和對環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的擔(dān)憂時，我們不能想當(dāng)然地認為科學(xué)這口深井已經(jīng)干涸。無論在過去還是現(xiàn)在，科學(xué)對于電力行業(yè)來說都非常重要，我們必須重拾對科學(xué)的關(guān)注和興趣。
早在19世紀，目光遠大、勤奮鉆研的科學(xué)家，比如法拉第和麥克斯韋，已經(jīng)開辟了一條道路。他們告訴我們，只需推拉線圈中的磁體就可以產(chǎn)生電流。通過燃燒煤炭、焚燒垃圾、控制核反應(yīng)等一系列方法產(chǎn)生的蒸汽，可以產(chǎn)生推拉磁體所需的機械動力。用壓縮天然氣驅(qū)動燃氣渦輪機的方法人們已經(jīng)駕輕就熟，并且得到了廣泛的應(yīng)用。推拉磁體也可以借助其他的力來完成，比如風(fēng)、海浪或河流的力量。
有人認為，舊的技術(shù)也可以玩出新的花樣。這里所說的舊技術(shù)指的是核能，新花樣則是指建造小型反應(yīng)堆。2011 年，芝加哥大學(xué)通過一項建設(shè)性研究，謹慎地闡明了建造小型模塊化反應(yīng)堆的好處。該研究認為，核能最大的好處是沒有碳排放，而且可以大規(guī)模建造。但研究者坦承，小型模塊化反應(yīng)堆面臨著諸如“安全、防止擴散、廢料管理和經(jīng)濟競爭力”等方面的一系列難題。
有的技術(shù)易于理解，也可以應(yīng)用，但解釋起來有點兒難度，比如太陽能光伏發(fā)電和燃料電池等技術(shù)。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)能把光轉(zhuǎn)換成原子層級的電能，這項技術(shù)會讓我們想起愛因斯坦，因為他就是憑借光電效應(yīng)方面的研究獲得諾貝爾物理學(xué)獎的。太空計劃利用這項技術(shù)為航天器提供動力，這是該技術(shù)的首次正式應(yīng)用。太陽能光伏發(fā)電也需要用到計算機中的半導(dǎo)體材料，事實上，太陽能光伏發(fā)電技術(shù)與計算機科學(xué)之間的聯(lián)系，正是人們樂觀地認為它可以大幅提升效能、降低成本的原因之一。
燃料電池在將氫和氧結(jié)合成水的同時產(chǎn)生電能，即電“流”。由于這是一種化學(xué)反應(yīng)，它幾乎不會產(chǎn)生燃燒化石燃料時產(chǎn)生的空氣污染物排放，所以這是燃料電池最具吸引力的特點之一。不過，燃料電池對排放（包括溫室氣體排放）的總體影響，主要取決于氫的來源。燃料電池的另一個吸引人的特點在于，它們可以堆疊，以滿足任何規(guī)模的電力需求。相較而言，燃料電池的劣勢是成本比較高。
在第二次電力系統(tǒng)之爭中，光電和燃料電池可能都是重要的棋子。其中一個原因是，從規(guī)模的角度看，兩者都可以用作個人能源。另一個原因是，設(shè)備在制造的過程中有可能大幅提升效能、降低成本。規(guī)模經(jīng)濟對制造業(yè)有效，但對發(fā)電廠無效。
新科學(xué)是新技術(shù)的核心
以新材料石墨烯為例。2010年的諾貝爾物理學(xué)獎被授予安德烈·蓋姆（Andre Geim）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov），因為他們完成了“石墨烯的制備、分離、鑒定與表征”。石墨烯是只有一個原子厚度的碳。瑞典皇家科學(xué)院評價碳是“元素周期表中最迷人的元素”，石墨是碳的常見形式，鉛筆芯中就含有石墨。瑞典皇家科學(xué)院說，任何用過鉛筆的人，都“可能在不知情的情況下制造出類似石墨烯的材料”。這兩位諾獎得主也在論文中宣稱，石墨烯“表現(xiàn)出大量新的物理特性和潛在應(yīng)用”。
對人類而言，電力技術(shù)的潛在應(yīng)用才是最重要的。曼徹斯特大學(xué)請人們“想象在幾秒鐘內(nèi)給智能手機充滿電，或者在幾分鐘內(nèi)給一輛電動汽車充滿電，將會是一種什么感覺。石墨烯就有這樣的能力”。此外，“石墨烯薄膜可以幫我們從大氣中過濾出氫氣，這可能為空氣發(fā)電鋪平道路”。
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