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不同能源驱动世界

作者:
彭琪欢
时间:
2014-12-22 14:52:59

  专题_不同能源.JPG

  Arron是半导体行业的专家,也是一位坚决的环保主义者,虽然他的收入早已够购车养车,但仍然坚决地拒绝买车,他的理由是:“等待着技术成熟的环保汽车出现。”在他看来,为了个人私欲而消耗地球能源是种罪恶。

  他可以感到欣慰的是,当前环保车辆正在成为一种趋势。推动这种趋势发展的除了越来越多持Arron相似观点的消费者外,更是由于紧迫的能源危机。基于石油在未来几十年内将开采殆尽的预期,专家已经给出了“2038年时,将有30%以上的车辆是混合动力车型”的预言。石油能源被其他能源替代,成为了我们需要紧迫考虑的事情。

  再进一步思考,新能源会给我们带来什么改变呢?不同的供给方式、储存方式、使用方式,会不会影响到未来城市结构、人群生活方式甚至是社会道德信仰?在不同的新能源可能性下,未来我们会如何使用汽车?

  

  电动车的世界

  “看上去电能是很清洁的能源,但需要看到每转化一单位电能为机械能,仍需消耗矿物原料和化石燃料。”Arron并不反感电动车,这也正是现在热门的研究方向,不少汽车大厂商均有提出若干年后的电动车量产计划。

  之所以电动车现在没有得到大规模推广,是因为现有技术还受制于电力储备和补充的不便。常见的铅酸蓄电池一次性充电后仅仅能行驶几百公里,电力储备远不够用;而每次充电完全需要几十分钟甚至数小时,需时远多于加油的时间。

  鉴于电力车未解决的缺点,现在纯粹的电力车只在欧洲部分小城市里有所应用,并且数量稀少,远未到达普及程度。现在常用的解决方案是混合动力来代替纯电力:用其他方式驱动发电机发电,适时向电池组充电。

  “要解决问题的话,纯电力驱动的终极方案就两种,一种是超级电池组,能储存更大的能量,让一次性充电行驶路程到令人满意的程度;另一种则是‘常温超导体’,能让常温下电能储存更方便——但这个技术还在实验室探索。”Arron对自己的专业领域很了解,他同时还认为电能成为未来汽车驱动的可能性最大。

  “因为电能向机械能的转化效率最高。另外生产方式越集约,能源的生产效率就越高。”Arron说。出于这个判断,未来能源方式可能会沿着“其他能源-电能-机械能”的路线转化。“所以未来世界的重点是怎么得到电力。”他补充。如果电力汽车成为未来世界的主流,那么未来的城市需要更依赖公共电网。在城市中更多的土地将被用来建立充电站——到处都能看到车辆趴在电站附近,静静地等待充电的情景。

  “未来的电动车可以沿用汽车加油站的方式,去电能充电站补充能源。但因为充电时间较长,或许我们需要建设更多的充电站,才能满足车辆的使用。”Arron猜想。

  

  氢气的世界

  “氢能源燃烧后非常清洁,但是它储存和补充都很困难,实在是太不安全了。”Arron分析氢能源的两大缺点。另外,氢动力车制造成本高昂,使用麻烦,也造成了推广上的困难。

  在实验室中最新的方向则是用固态金属来储存氢,譬如钛,因为钛铁合金有吸收氢气的性能,可以代替笨重的钢制高压气瓶,用较小的体积就能把氢大量地、安全地储存起来。但钛金属造价昂贵,提高了推广门槛。

  “最好能实现实时制备,氢气的私人制备,快速、小规模地制成,譬如自己在家制造,或者一边开车一边制造,才算简单方便。”Arron提出他的想法,“今后氢动力车可以每辆汽车后面背一个氢气罐,像现在的汽油加油站那样去加氢站。”

  未来的城市里到处布满了加氢站。与充电站不同的是,给车辆加氢气不仅快,而且很干净。需要注意,加氢站比现在的加油站还要更危险,更容易发生剧烈的爆炸。因此加氢站的附近一定要注明——“危险、勿靠近!”

  

  电磁波的世界

  路面源源不断地发散着肉眼看不见的微波,而汽车只要行驶在能散发微波的路面上,就能不断地奔跑下去……微波供给能源就像是把“电车”的辫子去掉了。听起来很科幻吧。

  这个构想在小型家用电器中已经得到了应用。只需要一个小型接收器,便能从空气中接受电磁波不断转化成能源。

  目前成为产品的有电磁波充电的电灯,接受电磁感应底座发射出的微波,这个电灯可以独立在一定范围内任意移动,而不需要拖着长长的电线。但这盏微波电灯仍然像是一个玩具,只能用来逗小孩子开心。因为现在电磁波的能源供给还不能驱动重型设备,更无从谈起大规模应用。前面需要解决的困难有:电磁波过于依赖公用电源,电磁波能源传播距离短、效率小。另外因散发性的特点,大部分电磁波能量都在空气中消失了,变成了热能。

  建设一个充满了电磁波供电的城市,需要和当年解决手机信号问题那样,进行大规模的基础建设工程。与手机信号的解决方案相当类似的是,电磁波覆盖构想也有两类。一种是用近地卫星的发射,可以覆盖到大部分地球;另一种则是让地面基站相互连接,覆盖基站周围的区域。这两种方法各自特点鲜明,前者覆盖面积广,在地球每个角落都能有信号,但是技术门槛高;后者只在基站覆盖区域才有信号,但是技术门槛低。手机运营商摩托罗拉公司耗资57亿美元,独立发射的66颗卫星构建的“铱星系统”是第一种方式的探索,但用户需要更高的设备才能接受到卫星传来的信号;最终这个昂贵的计划不敌用户成本低、技术门槛低的基站方案,不仅没有收回成本,还拖垮了摩托罗拉公司。

  如果电磁波的发射也是类似结果的话,未来的城市也许会两级分化开去:建设程度不同的城市中汽车能行驶的范围就不一样,因此交通系统的规模会受制于城市的规模。另外和手机信号类似,在基站不能覆盖的偏僻乡村中,仍然要使用古老的燃料汽车。

  

  随之改变的世界

  或许前面都猜错了,30年后大行其道的是某种未知的能源,或者是某种被忽略的能源,譬如说生物能、核能,甚至太阳能。

  随着化石能源越来越少,成为战略储备资源被国家储藏起来,而鼓励普通民用使用非化石资源。而日渐稀少的化石资源变成了一种“有钱人的时尚”,在飞驰而过的车流中,某辆屁股后面冒黑烟的车会变得分外地打眼,成为一种身份地位的象征受到追捧。正如一百多年前富可敌国的拿破仑拿着铝盘吃饭一样,物以稀为贵。

  能源供给方式的变化将会决定人类的生活方式。目前认同度较高的看法是,人类将会更为集约化和中心化,大型城市将会收容绝大多数的人口。而城市中,所有的交通方式都是公共化的。但愿不要出现阿西莫夫笔下《钢穴》般的城市:两千多年后地球上人满为患,为了生存效率,地球人蚂蚁一般聚居在自给自足的钢筋水泥大型城市——钢穴中。在钢穴中人类娇生惯养,所有食物、温度都靠着集中供给。钢穴构想中,微波塔和加氢站没有铺到的地方就会变成荒野,没有人居住。

  站在能源供给集中化的另一个极端上看,如果能源的获取方式变得非常自由、公开,或许会出现不一样的另一个情形。当人们用自制的接收器就能轻松地获取太阳能,那么人类的居住就会向着散播的方向传递。“在拉格朗日点(地球附近的引力平衡位置,此位置上物体能保持和地球同步运转)上铺设大量太阳能电池板,建设巨型太阳能中转空间站,源源不断地向地球发送能源,你说有可能实现么?”Arron反问。

  谈了这么多种可能性,倒是柴油的位置最为尴尬。柴油是现在应用最为广泛的汽油替代品。但存在因制造工艺对技术要求较汽油高,使之在有些国家和地区无法推广的尴尬。最关键的是,究其根本,柴油仍然是矿物能源,和汽油一样面临着会消耗殆尽的不幸未来。所以,它虽然可能在未来一段时间内得到较广泛的应用,但不会是汽车替代能源的最终形态。

  

链接

十问下个30年之能源世界

 

《汽车人》:您的购车想法是什么?

Arron:我会买技术成熟的环保车型。北京大城市中的公交系统相当发达,你完全可以去任何想去的地方,何必要单独买辆车污染环境。石油是不可再生资源,用一点少一点。

《汽车人》:新的电动车快出来了,你觉得怎么样?

Arron:纯粹的电动车很难推广开来,它的电力储备和补充限制了它的使用。一次充电要等十几分钟,跑几百公里就要停下来,这十分不方便。但是混合动力就弥补了这一点,用其他动力来驱动发电机,用发电机来给电池供电。

《汽车人》:电动车符合你的环保理念么?

Arron:电动车看上去很清洁,但制造电池的过程产生了大量的污染和能源消耗。以你拿的笔记本为例,生产这块电池就要消耗上百公斤的矿物,所以从这个意义上看,你比陕北老农消耗的资源要多得多。

《汽车人》:这些新能源中你最看好哪方面?

Arron:还是电力。因为电能向机械能的转化效率最高。另外都是集中发电,生产方式越集约,能源的生产效率就越高。我觉得未来能源会先从其他能源转变成电能,再从电能转变成机械能。所以需要考虑的是如何得到电能。

《汽车人》:氢气能源呢?

Arron:氢气是很清洁的能源,燃烧后的产物是水。但同样,氢气的制造过程中会产生污染和能源消耗。所以现在使用氢气算不上节能。

《汽车人》:推广氢能源需要解决哪些问题?

Arron:氢能源现在的问题是储备和补充。没有人会愿意背着一个随时会炸掉的氢气罐到处跑。如果人人都可以在家制造氢气,比如说每天晚上回家像给自行车打气那样给汽车加氢,就容易推广多了。

另外氢气的储存还需要更有效、更小型,现在是用钢制高压气瓶存氢,但汽车上没法装太大的罐子。

《汽车人》:电磁波感应常常出现在科幻故事中,你觉得这种方法如何?

Arron:电磁波供电现在还没法驱动大型机械。它传播距离短、效率小,大部分能源在传播过程中发散了。这些问题都需要解决。但如果能实现,确实是一幅很美妙的画面。

《汽车人》:电磁波能源的未来可能会出现怎样的场景呢?

Arron:可能会分成两类,一种是集中式的能源供给。

譬如阿西莫夫描绘的《钢穴》世界,在集中供能的城市里一切非常美好,但出了城市就变成了荒野。电磁波供电需要解决发射的问题,可能建设得好的大城市汽车能跑的范围就大,建设不好的小城市能跑的范围就小,电磁波覆盖不到的乡村就还得用古老的燃料车。

    另一种则可能是开放式自由式的供给。或许人们只要自己弄个接收器,就能源源不断地接收到能源,那么人类就能遍布到任何想去的地方,城市的概念可能会削弱。

《汽车人》:听起来和手机信号的解决方案很类似啊。

Arron:是的。手机信号当年有两种方向,摩托罗拉公司独立发射了66颗卫星来构建“铱星系统”,但技术门槛太高、运营成本过高、用户使用成本也过高,最终不敌地面基站。但现在的情况是,但凡基站没有戳到的地方就不能使用手机。

《汽车人》:能源的改变还会有什么影响么?

Arron:政府肯定会鼓励大家用新能源,石化能源应该被储存起来当做战略储备。战争的时候你不能指望还用新能源。没准到时候石化反倒成为一种时尚,屁股后面冒黑烟的车会受到追捧。

ArronIC设计工程师)  

  

  (未经允许不得转载或摘编。《汽车人》杂志    电话010-63045013

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