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重點提要
- 科學家與工程師正致力於開發更具創意的技術，一旦成功，將徹底改變能源現狀。
- 新能源可能來自核分裂反應器，不過是以雷射帶動核融合爆炸起燃，使用的燃料則是用過的核燃料，也就是具危險性的核廢料。還有幾種機器可將陽光及二氧化碳轉換成燃料，取代汽油。
- 另外，藉由磁鐵能徹底改造空調設備，使用形狀記憶合金則能回收汽車引擎的廢熱，這些方法都能大幅提高能源效率。
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許多人正在致力於研究更有效運用再生能源的技術，同時提升能源效率。這些努力當然都很好，不過，儘管大部份的進展都值得肯定，但效果有限。如果想徹底改變能源現狀，必須有更別出心裁的創新發明才行。
多年來，許多科學家和工程師曾經提出一些天馬行空的方案，包括透過人造衛星將太陽能輸送回地面的接收站，以及盤旋在空中的風力發電機等。不過回到地球上，研究人員近年來取得了政府及民間的大筆經費，在幾個關鍵領域中，開發各種不一定能成功但值得注意的能源技術。這裡介紹的幾項計畫，是最可能取得成效的例子。當然，前提是發明者能夠克服重重困難，讓這些技術實際可行、能夠大量生產且價格低廉。
核融合 觸發分裂
利用雷射引燃用過的核燃料產生電力
最近數十年來，物理學家和工程師努力想駕馭核融合，也就是氫彈和太陽的燃燒過程。研究人員已能引發核融合反應：讓氫原子核互相撞擊，只要力道夠大，原子核就會合併，釋出中子和能量。比較困難的是這個過程的效率必須夠高，才能讓反應釋出的能量大於觸發反應所需的能量。這種狀況稱為起燃（ignition），最後用於發電。
因此，美國加州利佛摩國家點燃設施的科學家，想出了新的點子：以核融合帶動核分裂（核分裂是傳統核能反應器中的原子分裂反應），設施主任摩西（Edward Moses）表示，他們可能在20年內建造出這種發電廠的原型。
美國國家點燃設施利用雷射脈衝，在反應室中央引發核融合爆炸，然後放射出中子，來撞擊反應室內壁厚厚的鈾圍包或其他燃料襯裡，使原子分裂，產生的能量可使反應室的能量輸出增加為四倍以上。以核融合帶動核分裂的概念，源自蘇聯氫彈之父——沙卡洛夫（Andrei Sakharov），他於1950年代以和平為前提，提出這個構想。
如果大部份的能量來自核分裂，那麼為什麼不繼續使用傳統核能發電廠，省下開發核融合觸發程序的工夫？因為核分裂反應器的運作必須仰賴連鎖反應，讓原子分裂產生中子，中子再觸發更多的原子分裂。而要維持連鎖反應，必須使用鈽或濃縮鈾燃料，但是這兩種燃料都能用於製造核子武器。
太陽汽油
以濃縮的日光和二氧化碳為車輛提供動力
太陽每小時投射到地球的能量，超過地球文明一年的消耗量，只要能將這些能量的一小部份轉換成液態燃料，就可終結運輸界對化石燃料的依賴，以及所衍生的各種問題。美國加州理工學院人造光合作用聯合研究中心主任路易斯（Nathan Lewis）說：「如果我們能用陽光大量生產低成本的化學燃料，就能改變能源現狀。」
在新墨西哥州沙漠中，山迪亞國家實驗室正進行一項有趣的研究工作，用直徑六公尺的碟形反射鏡，將陽光集中在50公分長的圓桶上。反射鏡使陽光穿過圓桶外壁上的開口，聚焦在10多個同心圓環上，同心圓環每分鐘會旋轉一次。圓環邊緣裝有氧化鐵（鐵鏽）或氧化鈰鋸齒，當鋸齒旋轉到光束中，溫度會提高到1500℃，這樣的高溫可使鐵鏽中的氧釋出。接著把蒸汽或二氧化碳送入反應室，當鋸齒旋轉到反應室中比較陰暗且低溫的地方時，會再次吸收蒸汽或二氧化碳中所含的氧，而留下富含能量的氫或一氧化碳。
氫與一氧化碳的混合物稱為合成氣，是構成化石燃料、化學製品甚至塑膠的基本分子。過程中吸收的二氧化碳量，與燃燒燃料時排放的量大致相同，因此美國高等研究計畫署能源處主任馬俊達（Arun Majumdar）表示，這類太陽燃料系統「可說是一石四鳥的解決方案」：既可取得潔淨燃料、提高能源安全性，又可降低二氧化碳排放，同時緩和氣候變遷。
蘇黎士瑞士聯邦理工學院以及美國明尼蘇達大學的研究人員，也在開發能生產合成氣的機器。有些新創公司則另闢蹊徑，美國日光觸媒科技公司（Sun Catalytix）將廉價的觸媒浸入水中，再用太陽能板供應電力製造氫和氧；液態光公司（Liquid Light）則將二氧化碳注入電化電池，使二氧化碳變成甲醇；路易斯自己則用半導體的奈米導線製造葉片，這種人造葉片可吸收陽光，將水分解成氫和氧。
當然，最主要的障礙是克服實際問題。在山迪亞國家實驗室中，圓環上的鋸齒會不斷碎裂，影響反應進行，亞利桑那州立大學化學家德克斯（Gary Dirks）指出：「它必須在900~1500℃之間來回，對材料是相當大的考驗。」下一步是在奈米尺度強化鐵鏽結構，或尋找更好的鋸齒材料，另外也必須降低反射鏡成本。山迪亞實驗室的研究人員表示，他們的合成氣引擎產生燃料的成本為每公升2.65美元，實驗室化學工程師及共同發明人米勒（James E. Miller）表示：「我們無法證明此路不通，但離成功還有很長的路要走。」
【本文轉載自《科學人雜誌》2011年7月號】
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