綠色科技引領低碳未來
作者： ${content.author} 時間：2021-09-13 瀏覽量：2,942隨著全球范圍內(nèi)碳排放政策日趨嚴峻，碳中和正成為當前熱議話題。2020年中央經(jīng)濟工作會議將“碳達峰、碳中和”列為2021年八項重點任務之一。“碳達峰、碳中和”背后的意義在于推動社會向綠色發(fā)展轉型，以能源高效利用、清潔能源開發(fā)、生產(chǎn)方式和產(chǎn)業(yè)結構轉變?yōu)楹诵?，發(fā)展低碳經(jīng)濟。
早在2014年的《中美氣候變化聯(lián)合宣言》中，中國就首次提出2030年實現(xiàn)“碳達峰”的計劃。在2020年的9月和12月，習近平主席在聯(lián)合國大會上和氣候雄心峰會上向世界承諾，中國將提高應對氣候變化的國家自主貢獻度，力爭在2030年實現(xiàn)“碳達峰”，2060年實現(xiàn)“碳中和”。
那什么是碳達峰？什么又是碳中和呢？碳中和是指企業(yè)團體或個人測算一定時間內(nèi)，直接或間接產(chǎn)生的溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節(jié)能減排、二氧化碳回收利用等方式，抵消產(chǎn)生的二氧化碳排放量，實現(xiàn)二氧化碳“零排放”的目標。碳達峰即碳排放達峰，碳達峰并不單指碳排放量在某個時間點達到峰值，而是一個過程，即碳排放首先進入平臺期并可能在一定范圍內(nèi)波動，然后進入平穩(wěn)下降階段。碳達峰是碳排放量由增轉降的歷史拐點，標志著碳排放與經(jīng)濟發(fā)展實現(xiàn)脫鉤。
為此，今后的經(jīng)濟發(fā)展過程中，需要采取全新的低碳技術發(fā)展模式，倒逼中國企業(yè)的能源轉型，逐步擺脫對化石能源的依賴。而這種轉型需要龐大的綠色技術體系，從而推動低碳技術大規(guī)模的研發(fā)、應用和推廣。那什么是綠色低碳技術呢？目前人類又掌握了哪些綠色能源呢？
低碳技術可分為無碳技術、減碳技術、去碳技術、碳匯技術和碳中和技術。其中比較成熟的是無碳和減碳技術。無碳技術就是以無碳排放為根本特征的清潔能源技術，比如我們比較熟悉的太陽能，家用太陽能主要以太陽能熱水器為主，而商業(yè)化應用中則以光伏發(fā)電為主。光伏發(fā)電技術就是將太陽能直接轉化為電能存儲起來的技術。我們可以通過操作這件光伏發(fā)電的展項，了解下一光伏發(fā)電技術。按動啟動按鈕，使照明燈發(fā)光，觀察電機和LED燈是否正常運轉。光伏電池使用半導體硅材料制成，當光線照射到上面時，材料內(nèi)部的原子被激發(fā)，導致它內(nèi)部的電子脫離原子核成為自由電子，電子的定向移動產(chǎn)生電流。用遮光板遮住燈光，觀察電機的轉動以及LED燈的亮度是否會發(fā)生變化？我們會看到當燈光照射到光伏板上時，電機旋轉，LED燈發(fā)光；當改變燈光照射到光伏板上的強弱時，電機旋轉速度改變，LED燈亮度發(fā)生變化。所以光伏發(fā)電對陽光強弱要求很高，而且它的能源轉換效率很低，只有大約20%左右。
無論如何，即使光伏發(fā)電的效率很低，但人類已取得了長足的進步。目前，各國正在大力研發(fā)更高效的光伏發(fā)電技術，相信不久的將來，高效的光伏發(fā)電很快就能投入使用。要論能源轉化率比較高的還是以機械式發(fā)電為主，即以水的動能或化石能源產(chǎn)生的熱能，推動渦輪機運轉帶動發(fā)電機。除此之外，還有一種比較特殊的發(fā)電方式，那就是核能。談到核能，大部分人會想到威力巨大的核彈。核彈和核電站都是利用了核子反應技術，本質是一樣的，只不過核電站是人類掌握了控制核能的方法。那核電站又是怎么發(fā)電的呢？
100多年前，愛因斯坦提出了著名的質能方程—E=mc2，這意味了物質的質量可以轉化為能量。1938年，德國物理學家奧托·哈恩發(fā)現(xiàn)了重核元素在熱中子的轟擊下會發(fā)生裂變，變成了兩個新元素，并釋放出能量。我們來通過核裂變核聚變這個展項簡單了解一下。本展項共有兩個操作界面，分別演示核裂變與核聚變過程。在核裂變界面，通過滾動操作球，控制面板上的中子球不定方向地滾動，當撞擊到屏幕上模擬的原子核時，屏幕就開始顯示裂變反應。核裂變是一個原子核分裂成幾個原子核的變化，只有一些質量非常大的原子核才能發(fā)生核裂變，如鈾、釷等。原子核在發(fā)生核裂變時，釋放出巨大的能量稱為原子核能，俗稱原子能。1克鈾235完全發(fā)生核裂變后放出的能量相當于燃燒2.5噸煤所產(chǎn)生的能量。核裂變的發(fā)現(xiàn)是近代科學史上的一次突破，開創(chuàng)了人類利用原子能的新紀元。
另一個界面介紹的是核聚變，核聚變是指由質量小的原子，主要是指氫的同位素氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核，并釋放巨大能量的一種核反應形式，太陽以其它恒星的能量便是來源于內(nèi)部的核聚變；當界面中代表氘，氚的小球在屏幕上零零散散移動著，當推動上方的橫向推桿時，模擬擠壓氘氚，屏幕上顯示“溫度”和“壓力”進度，當推到一定程度時，就能看到屏幕上發(fā)生的聚變反應。核聚變產(chǎn)生的能量遠遠大于核裂變釋放的能量。
最初，人類對核能的利用主要集中于軍事方面，用于制造大規(guī)模殺傷性武器。1951年，美國最先建成了世界上第一座實驗性核電站。隨后，世界各國都爭先研發(fā)核電技術，目前擁有核反應堆上百座，我國核電站的建設始于20世紀80年代中期。核電站全部使用核裂變技術，而且技術很成熟，可以安全控制運營，效率十分高效。而核聚變除了氫彈之外，很難被控制。主要是因為核聚變的條件極其苛刻，需要達到幾千萬甚至一億攝氏度以上的高溫，對技術投入要求很高。2021年5月28日，我國研發(fā)的東方超環(huán)（EAST）實現(xiàn)了可重復的1.2億攝氏度101秒等離子體運行和1.6億攝氏度20秒等離子體運行，再次刷新世界紀錄。這意味著人類離可控核聚變商業(yè)化運作越來越近了。
我們以上討論得無碳技術都是集中于電力資源開發(fā)，我們國家對電力資源的需求很大，但近80%以火力發(fā)電為主，改變能源結構是控制碳排放的關鍵。但我們也不能忽視其他行業(yè)對碳排放的影響，比如交通運輸業(yè)。傳統(tǒng)汽車使用石油，碳排放量極高，新能源汽車是目前的熱門話題，各種樣式款式的汽車測出不窮，我國家用汽車保有數(shù)量不斷攀升，新能源汽車占比不斷增大，對電力的需求也不斷增加，但汽車能否擺脫化石燃料呢？氫能源汽車就是最理想的選擇。
氫元素是宇宙中最豐富的元素，但它在地球上很難以單質的形式存在，大多是水的化合物形態(tài)。想要了解更多關于氫能源的知識不妨看看這件展品——可再生能源-氫能。當我們按下第一個按鈕時，光線照到前方的光伏板上發(fā)電，利用電能電解水，進而制取氫氣和氧氣。只要我們有足夠的電源，通過電解海水可以得到充足的氫氣，這種能源將來大有可為；按動第二個按鈕時，氫氣和氧氣通過特定管道輸送，凈化后輸送至燃料電池。氫氣的最關鍵的技術在于它的儲存，氣體的儲存難于液體和固體，目前最佳的方案就是加壓或低溫變?yōu)橐簯B(tài)氫；按動第三個按鈕時，燃料電池被啟動，通過氫與氧的反應產(chǎn)生電能，最終驅動轉盤轉起。氫燃料電池是比較合理的利用方式，它是水電解槽產(chǎn)生氫和氧的逆反應，安全高效無污染，裝置可大可小，適合汽車使用。
人類孜孜不倦的追求低碳循環(huán)之路，力求保護我們賴以生存的地球，實際上就是人類尋求更好的生存、發(fā)展與自然生態(tài)的和諧之路。人類應該在參透自然、掌握自然規(guī)律的基礎上，自覺的守護我們腳下的水土和頭頂上的風光，繼續(xù)沿著綠色低碳之路腳踏實地的走下去。
