未解决的问题:清洁能源研究中仍然存在的重大挑战

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更新于 Wed Mar 03 2021

有大量没有解决的问题和有发展潜力的技术,我们在这里只会举几个例子。 此外,经济与政治的谈论,如二氧化碳税,是密切相关的没有解决的问题,但在本章中不会涉及。

储能

Problem: Large-scale storage to enable solar and wind growth

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为了大规模有效利用各种能源,例如太阳能和风能,我们需要将能源从产生之时存储起来,需要时便可使用 。 目前有许多不同的存储技术,从各种电池到热能储存、压缩空气和抽水蓄能。 降低这些存储技术的成本、提高效率和可扩展性对于可再生能源的成功至关重要。 这些储能技术需要降低成本,提高效率,(人类)才能大规模利用太阳能和风能

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Problem: Better, more sustainable, and (even) cheaper batteries for cars and trucks

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随着电动汽车变得越来越流行和电气化开始加速,电池方面的工作变得越来越紧迫。 我们希望电池具有更长的使用寿命,制造起来更加简单和便宜,并且具有更好的性能。 努力制造性能良好的含钴量较少或不含钴的电池也至关重要。 这是因为钴在大量需求时既不可持续又昂贵

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Problem: Hydrogen from electricity: cheap and efficiently

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氢可以取代飞机和船只中的碳基燃料,也许还可以与汽车的电池一较高下⋯在我们提高它效率的前提下。可再生电力的成本只是这个方程式的一部分。 从水分解制造出氢的机器—电解槽,需要变得更便宜。 由于氢在室温下是气体,因此需要压缩。 因此,压缩过程也需要优化,并可能需要直接与电解结合起来

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核能

Problem: Make nuclear cheaper and build reactors faster

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2018年的平均建造时间是八年半。这自然会增加建造新反应堆的财务和政治风险。建造反应堆越是便宜且快速,建造新反应堆的动力就越大。

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Problem: Make nuclear popular & encourage pro-nuclear-research policies and funding, especially in growing economies

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核能是一种非常安全的低碳能源。由于一些罕见但非常明显的事故[富库西马,切尔诺贝利],核能遭到一些反对意见。 面对像气候变化如此糟糕的挑战,有必要仔细权衡我们的选择。 我们不想做出不合理的决定,从而错过了一些重要的东西!

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Problem: Recycle nuclear waste in breeder reactors

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理论而言,核废料能够作为另一种叫做“增殖反应堆”的燃料被再利用。 这将是很棒的,因为成本,燃效的利用率和较少浪费。 然而,这一技术迄今尚未得到证实,需要更多的研究才能实现。

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太阳能

Problem: Earth-abundant thin-film solar: cheaper & sustainable?

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薄膜太阳能电板是太阳能光伏技术的一种。 今天的商用薄膜太阳能电池是用稀缺的元素制成的,这意味着我们无法生产大量的电池。 近期关于它们的研究旨在使用地球上更丰富的材料。 最终,这些电池将比现在的商用硅或者薄膜技术更低成本,更可持续,更高效

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Problem: Recycling of solar panels

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我们星球为我们提供的资源有限,而用于太阳能光伏电池的一些资源特别稀有。太阳能板的有效寿命大约为25年,在此之后,我们将不得不用新的面板来取代它们。 这造成了两个问题: 1)旧的面板现在已成废料;2)建造新的面板需要原材料。 可悲的现实是,今天,发达国家的大多数电子废物都不负责任地出口并倾倒在发展中国家。能够在可负担的能力下从旧面板上回收材料并从以此建新的面板,便可以解决这些问题

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风能

Problem: Floating turbines

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今天离岸风力涡轮机只能在海岸附近建造。 遗憾的是,靠近海岸的风比深海的风要更慢,更不稳定。 浮动风力涡轮机可以用长钢电缆固定在海床上,使其能够放置在更深的水域。 在那里,风力更强,更加持久,这项技术的多项实验正在全球进行

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可能行之有效的早期研究理念

Problem: Artificial Photosynthesis

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如果我们能像植物一样制造能源,甚至做得更好呢? 研究人员正致力于相关技术,是水、阳光和空气能够直接转化成氢气和氧气,甚至直接转化为与我们现在汽车使用的相似燃料。 这可能使我们能够使用社会中习惯了的液体燃料,并且可持续的生产他们。

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Problem: Cheaper Hydrogen from Electrolysis

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更便宜的电解槽和更有效率的氢压缩技术,可以使氢成为一种受欢迎和多用途的能量存储介质

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Problem: Make Tokamak Fusion Work

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托卡马克聚变反应堆有许多悬而未决的问题。目前它们消耗的能量比他们产生的能量要多,这只是唯一一个我们最可能解决的问题。 从聚变反应中产生的氘、锂-6以及中子来制造氚是困难的,这需要进行更多的研究。 在运行期间保护反应堆是另一个问题。 解决这些问题的办法需要一个系统结合起来,使能够从快速移动的中子中获得能量

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Problem: Make other fusion methods work

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核聚变科学有许多理念,不仅仅是托卡马克。 虽然其中许多不可能在近期或近几年或可能永远不会取得成功,但研究他们仍然是一个选项。 我们列举了以下一些。

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