源之原味

我们得找个更好的电池但如何?

 

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我们得找个更好的电池但如何?

盖蒂图片社

"这并不容易。这不会是立竿见影的。但它必须做到这一点。有了这一命令, 州长杰里·布朗 签署 一项法律要求加州在2045之前从太阳能、风能和水电等地获得所有电力。这是一个令人钦佩的雄心勃勃的目标, 与减少造成气候变化的碳排放的文明挑战相称。唯一的困难是, 布朗和其他人都不知道怎么做。

这个世界第五大经济体有望获得 一半的力量 到2020年从清洁来源。但通过在 9月 1 0日签署新法律, 州长做出了现有技术无法兑现的承诺。 太阳能和风能等先进的可再生能源的问题在于, 太阳不会在夜间发光, 风力会间歇性地吹, 太阳和风 (尤其是在加州) 都是季节性的, 夏季打蜡, 冬季逐渐减弱。目前, 技术人员还不知道如何以低廉或高效的方式储存可再生能源的电力。解决这个问题的人或群体将是我们这个时代的普罗米修斯。

临时观察员 清洁能源常常对其局限性感到惊讶。自2004年以来, 加州的温室气体排放量下降了 13%, 尽管经济增长了四分之一以上。这种前所未有的减少在一定程度上是由于对天然气的依赖增加, 而天然气比煤炭更清洁, 但主要原因是可再生能源成本下降。变化是美妙的: 在2008年至2015年期间, 能源公用事业为太阳能支付的价格下降了 77%, 风力下降了47% 一份报告 由加州公用事业委员会。这些成本的下降鼓励能源供应商在全州范围内建设太阳能和风电场。

但这一振奋人心的 "能源部门去碳化" (用能源经济学家的行话) 的进展是错误的。如今, 公用事业公司在价格和需求都很高的情况下, 通过启动通常由天然气推动的小型 "剥皮" 发电厂来管理可再生能源的间歇性和季节性。但从太阳能和风能中产生更多的加州能源, 需要公用事业在夏季产生巨大的剩余能源, 并储存这些能源供全年使用。根据 广为流传的分析 由一个能源政策智库----清洁空气工作队----提供的加州80% 的能源来自先进的可再生能源, 将需要960万兆瓦小时的储能。100% 将需要 3 630万。就背景而言, 国家现在只维持了15万兆瓦小时的储能, 其中大部分是水电。锂电池也提供了一小部分。

杰森·庞廷 (@jason_pontin 是 wired 的思想贡献者他以前是总编辑和出版商 麻省理工学院技术评论;在此之前, 他是编辑 掩人耳目.现在, 他是波士顿旗舰先锋公司的高级合伙人, 该公司为解决健康、食品和可持续性问题的公司提供资金。庞汀不写关于 旗舰公司的投资组合公司 也不知道他们的竞争对手

我们手机或电动汽车中的锂离子电池不会扩展到这一挑战。尽管成本急剧下降, 但成本仍然太高, 储存能源的时间不够长。麻省理工学院和阿贡国家实验室研究人员的澄清研究 2016年出版 这表明 "可能需要大幅降低成本, 以便在经济上证明大规模部署 [现有] 存储技术是合理的"。由清洁空气工作队翻译: 即使锂离子电池尽可能便宜, 加州也必须花钱 3 600亿美元 在存储, 以满足布朗的命令。据数据显示, 在全国范围内, 储存12小时的能源将花费2.5万亿美元。 另一项研究 在能源和环境科学。 总体而言, 能源成本将从每兆瓦小时49美元 (50%) 增加到100% 的 1, 612 美元。经济学是不可信的;把经济卖给消费者是不可能的

如果电池要发挥自己的作用, 它们的成本必须低于锂离子电池可能的最低成本 (每千瓦时100美元左右) 的五分之一。为了解决这个问题, 材料科学家们转而选择锂离子的替代品, 创建了资本充足的公司, 如生产盐水电池的 aquion 公司, 或希望将能量存储为压缩空气的 light seail 公司。 安布里, 由麻省理工学院创办的波士顿初创公司 唐·萨多韦 并由比尔·盖茨资助, 追求一个特别激进的想法: 该公司使用地球丰富的材料 (而不是 稀土 使液体金属电池, 其中负极和正极是液体, 电解质是熔盐。但 aquion 和 light seail 未能创建比锂离子电池更便宜的存储空间。安布里一直在努力将其研究转化为公用事业公司将购买的商业产品。(该公司无法使其电池上的密封件正常工作, 但声称通过放弃镁和锑作为新的、尚未公开的材料来解决这个问题。

如果没有储存奇迹, 我们将如何拯救世界?

几年前我和盖茨谈话时 告诉我, "我在五家电池公司, 五成都很艰难。当人们想到能源解决方案时, 你不能认为会有存储奇迹。盖茨并没有放弃奇迹;他继续通过包括杰夫·贝索斯、马云和理查德·布兰森在内的亿万富翁联盟--突破能源风险投资公司投资电池, 他们承诺投资 至少10亿美元 将单位能量的碳排放量减少到零。在 bev 的首批投资中, 有一个麻省理工学院的分拆项目 形式能量, 由一些 储能中最著名的名字包括麻省理工的另一位教授蒋叶明 (yet-mang), 他创办了五家电池公司 (包括 a123 systems), 十年前, 该公司筹集了5亿美元, 并从美国能源部获得了2.49亿美元的赠款, 然后申请破产。由一家中国公司收购)。 形式能源正在发展 水硫流动 电池, 其中吸入和呼出氧气在 奇怪的化学: 它们将溶解在水中的硫阳极与曝气液-盐溶液阴极结合在一起, 氧气进出阴极, 导致电池放电。各种报道称, 新电池的成本将在每千瓦时1至 1 0 美元之间, 而锂目前的成本是每千瓦时 2 0 0 美元, 并将能源储存数周甚至数月, 而不是几个小时或几天。

form energy 的方法很有希望, 但 a123 系统的技术和早期电池创业公司的墓地也是如此。如果没有储存奇迹, 我们将如何拯救世界? 三种或多或少合理的电池替代品可以巧妙地利用太阳能和风能的间歇性和季节性, 并有助于产生碳中和能源。(也就是说, 超越了融合的永恒希望。物理学家 笑话, "融合是未来的能源, 而且永远是。

首先, 我们可以大规模储存可再生能源, 而根本不使用电化学电池。例如, 太阳能化学品的支持者, 或 人工光合作用, 建议利用太阳能将水分解成氧气和氢, 这是一种可用于燃料电池或燃烧在内燃机中的燃料。我们甚至可以将氢与从天然气 peakers 人员捕获的二氧化碳结合起来, 制造甲烷, 这是一种具有全球基础设施的燃料。其次, 我们可以利用核裂变产生基本负荷电力, 这是我们已经拥有的无碳能源技术, 产生了足够的能源来忽略太阳和风的间歇性和季节性。最后, 最具有破坏性的是, 我们可以拆除现有的交流电网, 构建一个新的、高传输的直流超级电网, 在整个欧洲大陆穿梭电力, 并将供需与预测相匹配软件。所有这些选择都存在着令人生畏的技术、经济和政治问题, 但如果我下注, 我想 (就像2016年麻省理工学院和阿贡内实验室研究的作者), 我们需要这些技术的某种组合 新电池。

如果加州实现其目标, 它将成为其他州和国家的典范。发电厂只占国家温室气体的 16%, 但在其他地方污染更大。交通产生了加州41% 的排放量, 而清洁电力将向世界表明, 汽车、卡车和火车可以清洁地通电。但如何从可再生能源生产加州100% 的能源需求的问题, 光靠州是无法解决的。我们的气候和能源系统是共享的, 解决方案可能需要全球增加基础能源研究, 再加上对碳征收动态税等明智监管。

时代是由他们的能源技术决定的, 几十年过去了, 它们才被采用。人类花了150年才放弃燃烧木材作为煤炭。最近的技术, 如内燃机或蒸汽轮机, 吃了50年。如果我们要将全球变暖限制在可控的温度范围内, 较老的工业化国家必须在2050年之前不排放碳;到本世纪末, 整个世界都必须是碳中和的。我们没有太多时间去寻找更好的电池或替代电池完全。我们必须快点。


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