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乌兹别克斯坦:用纳米技术替代天然气
27.01.2015 14:06
乌兹别克斯坦:用纳米技术替代天然气

即将到来的2012年被宣布为国际可持续能源年。其目标之一 - 提高对 可再生能源(RES)的关注,刺激其使用。这一领域同样在乌兹别克斯坦引 起了高度重视。就关这个方向的进展和前景,与乌兹别克斯坦物理协会主 席,物理-数学学科教授达夫洛 码特拉苏洛夫进行了交谈。

- 替 代 能 源 在 今 天 处 于 什 么 发 展 程 度 ?

- 首 先 , 让 我 们 来 明 确 一 下 我 们 所 了 解 的 这 些 术 语 的 定 义 。 通 常 , 太 阳 能 、 风 能 、 地 热 能 、 热 电 、 生 物 、 水 能 和 氢 气 等 可 再 生 能 源 被 称 为 替 代 性 能 源 。 然 而 , 这 个 概 念 指 的 是 有 别 于 传 统 的 和 广 泛 使 用 的 各 种 形 式 的 能 量 。 这 就 是 常 说 的 绿 色 或 低 碳 能 源 , 低 碳 社 会 指 的 是 致 力 于 发 展 相 应 的 环 保 安 全 能 源 的 社 会 。 大 部 分 R E S 符 合 这 些 要 求 。 其 中 最 有 前 途 的 是 风 能 和 太 阳 能 , 但 其 可 操 作 性 取 决 于 地 区 的 气 候 。 沼 气 和 生 物 能 由 于 有 限 的 原 料 来 源 位 居 其 次 。

经 济 指 标 最 好 的 说 明 了 替 代 能 源 的 重 要 性 。 这 一 领 域 的 投 资 在 不 断 增 长 。 比 如 , 至 2 0 1 0 年 全 球 投 资 总 额 超 过 了 2 0 0 0 亿 美 元 。 发 达 国 家 中 德 国 占 第 一 位 , 其 可 再 生 能 源 超 过 能 源 生 产 总 量 的 2 0 % 。 发 展 中 国 家 ( 包 括 中 国 ) 所 占 的 份 额 超 过 总 数 的 一 半 。 中 国 在 过 去 三 , 四 年 , 在 规 模 和 投 资 方 面 是 增 长 速 度 最 快 的 国 家 。 超 过 三 分 之 一 的 资 金 投 向 太 阳 能 方 向 , 但 在 世 界 商 业 能 源 中 只 占 不 到 百 分 之 一 的 份 额 。 很 大 一 部 分 投 资 用 于 资 助 科 学 - 实 践 研 究 , 其 主 要 方 向 是 提 高 技 术 的 能 产 效 率 。 除 水 电 站 外 , 在 乌 兹 别 克 斯 坦 可 替 代 能 源 在 能 源 生 产 中 占 同 样 的 比 例 。

- 哪 种 可 再 生 能 源 对 我 们 来 说 是 最 重 要 的 呢 ?

- 短 期 前 景 太 阳 能 、 沼 气 和 小 型 水 电 站 。 在 山 区 和 近 山 区 地 区 有 利 于 建 设 小 型 水 电 站 , 而 沼 气 可 以 在 任 何 气 候 环 境 下 获 得 。 但 最 重 要 的 是 太 阳 能 。 太 阳 光 , 每 天 都 照 射 着 大 地 , 其 能 量 超 过 其 他 所 有 碳 氢 化 合 物 和 铀 能 源 的 总 合 。 我 们 这 一 地 区 的 优 势 在 于 我 们 是 全 球 太 阳 光 照 强 度 最 高 的 地 区 之 一 , 年 平 均 日 照 时 间 3 0 0 天 。 因 此 太 阳 能 转 换 为 电 能 的 效 率 也 是 最 高 的 。 与 此 同 时 我 们 可 以 成 功 的 发 展 太 阳 能 电 热 工 程 为 住 宅 取 暖 和 淡 化 水 提 供 能 量 , 这 一 点 对 农 村 地 区 尤 为 重 要 。

专 家 估 计 , 应 用 太 阳 能 来 替 代 现 在 世 界 电 能 产 出 的 2 5 - 3 0 % , 每 年 将 会 减 少 2 3 0 亿 吨 向 大 气 层 排 放 的 碳 酸 气 体 , 减 少 热 力 电 站 有 害 气 体 排 放 来 改 善 环 境 。 这 样 获 取 的 能 量 , 同 样 可 以 出 口 。 因 此 在 过 去 2 0 年 所 有 的 地 方 对 太 阳 能 的 兴 趣 都 在 增 长 。 1 9 8 5 年 太 阳 能 总 功 率 为 2 1 兆 瓦 , 2 0 0 8 年 已 经 达 到 了 2 千 兆 瓦 , 而 去 年 已 经 超 过 了 1 . 7 万 兆 瓦 。 据 乐 观 估 计 , 到 本 世 纪 中 期 发 电 总 量 能 够 达 到 预 计 的 全 球 总 能 产 的 2 5 % 。 为 达 到 这 个 目 的 需 要 在 日 常 生 活 水 平 大 量 投 入 安 装 太 阳 能 板 。

重 要 的 是 要 提 高 光 能 向 电 能 的 转 换 效 率 , 即 提 高 太 阳 能 单 元 的 效 率 参 数 。 这 已 经 是 科 学 问 题 , 并 且 目 前 主 要 寄 希 望 于 纳 米 技 术 。 物 理 学 家 正 致 力 于 在 新 型 材 料 - 碳 纳 米 材 料 - 的 基 础 上 制 造 第 三 代 转 换 单 元 , 其 转 换 效 率 将 高 于 5 0 % , 而 现 有 单 元 的 效 率 都 不 超 过 3 0 % 。 新 材 料 中 , 尤 其 是 石 墨 烯 , 具 有 极 高 的 节 能 性 质 , 比 普 通 材 料 高 出 几 十 甚 至 几 百 倍 。 应 用 新 材 料 可 以 制 作 极 端 小 型 化 的 转 换 设 备 。 在 最 近 5 - 6 年 这 些 元 件 将 根 本 的 改 变 可 再 生 能 源 领 域 的 现 状 , 则 同 样 能 够 提 高 人 们 对 太 阳 能 的 兴 趣 。

- 那 可 再 生 能 源 的 远 景 如 何 ?

- 氢 能 源 可 能 成 为 我 们 以 及 其 他 国 的 首 选 。 氢 是 世 界 上 分 布 最 广 和 无 生 态 危 害 的 物 质 之 一 。 但 它 的 安 全 保 存 却 是 一 个 无 法 解 决 的 技 术 困 难 。 现 在 众 多 国 内 物 理 学 家 都 在 努 力 解 决 这 个 问 题 。 最 有 可 能 的 是 在 碳 纳 米 结 构 ( 纳 米 管 、 石 墨 烯 等 等 ) 和 水 的 笼 型 包 合 结 构 由 分 子 形 成 的 纳 米 尺 度 的 小 腔 中 存 储 氢 。 后 一 种 情 况 是 最 安 全 和 最 经 济 的 方 法 。 这 里 主 要 的 任 务 是 在 相 似 的 结 构 中 将 氢 的 储 量 增 加 到 每 升 水 1 5 0 升 。

这 个 问 题 的 解 决 将 使 氢 燃 料 替 代 碳 氢 燃 料 成 为 可 能 , 并 极 大 地 降 低 对 大 气 的 污 染 。 因 此 发 达 国 家 投 入 巨 大 的 资 金 来 发 展 这 个 方 向 , 主 要 的 赞 助 商 都 是 大 型 的 汽 车 生 产 商 。

这 种 能 源 生 产 方 式 在 未 来 将 变 得 十 分 重 要 , 比 如 热 力 发 电 。 这 种 发 电 方 式 是 基 于 不 同 材 料 间 的 温 度 差 来 产 生 电 流 。 到 近 期 这 种 形 式 还 被 认 识 是 没 有 前 景 的 , 因 为 热 电 设 备 的 效 率 系 数 很 低 。 目 前 的 热 电 设 备 的 品 质 因 素 都 不 高 于 1 。 为 了 使 它 们 变 得 有 商 业 价 值 , 需 要 将 参 数 提 高 一 倍 , 科 学 家 借 助 纳 米 技 术 来 实 现 这 一 要 求 。 通 过 制 造 基 于 碳 纳 米 结 构 的 小 尺 寸 纳 米 材 料 , 热 电 设 备 的 效 率 已 经 上 升 到 需 要 的 水 平 , 但 暂 时 还 停 留 在 实 验 室 水 平 上 。

- 替 代 能 源 创 新 的 应 用 目 前 还 是 相 当 昂 贵 的 。 太 阳 能 电 池 造 价 高 昂 , 对 家 庭 用 户 来 说 更 是 如 此 , 而 成 本 回 收 时 间 超 长 高 于 3 5 年 。 在 什 么 条 件 下 能 造 价 降 低 到 大 众 普 及 的 程 度 呢 ?

- 国 家 和 社 会 对 此 已 经 很 感 性 其 。 需 要 科 学 的 研 究 替 代 能 源 的 潜 力 , 并 且 联 合 感 兴 趣 地 国 家 机 关 、 金 融 部 门 以 及 私 人 机 构 进 行 市 场 研 究 , 确 定 优 先 用 户 。

乌 兹 别 克 斯 坦 拥 有 足 够 的 解 决 应 用 方 面 问 题 的 物 理 学 家 人 力 基 础 , 他 们 在 前 沿 领 域 从 事 着 卓 有 成 效 的 工 作 。 我 们 在 应 用 气 相 方 法 和 真 空 方 法 研 制 和 优 化 生 产 大 型 硅 晶 体 和 硅 薄 膜 , 以 及 研 制 监 控 半 导 体 材 料 和 器 件 电 气 性 质 的 设 备 和 方 法 等 方 面 有 着 一 定 的 经 验 。

本 国 在 固 体 物 理 方 面 的 专 家 研 制 出 一 系 列 从 晶 体 中 获 取 工 业 用 硅 的 有 效 技 术 。 它 是 用 来 获 取 高 纯 硅 的 材 料 , 而 高 纯 硅 是 制 造 太 阳 能 元 件 和 其 他 半 导 体 电 子 设 备 的 基 础 。 众 所 周 知 , 很 多 工 业 用 硅 的 生 产 过 , 如 美 国 、 中 国 、 韩 国 等 等 , 都 禁 止 其 出 口 。 这 意 味 着 它 已 成 为 像 铀 、 钚 、 金 和 铂 金 一 样 的 战 略 资 源 。 而 在 乌 兹 别 克 斯 坦 领 土 上 有 着 预 计 储 量 为 几 千 万 吨 的 石 英 岩 产 地 和 石 英 矿 脉 , 以 及 石 英 砂 产 地 。

因 此 去 年 1 2 月 1 2 日 乌 兹 别 克 斯 坦 部 长 办 公 室 证 实 了 对 那 瓦 伊 州 联 合 企 业 U z - K o r S i l i c o n 有 限 责 任 公 司 生 产 工 业 用 硅 第 一 阶 段 的 投 资 方 案 。 毫 无 疑 问 , 这 使 得 在 未 来 可 以 在 国 内 建 立 自 己 的 高 技 术 生 产 企 业 , 生 产 价 格 的 可 接 受 的 太 阳 能 元 件 和 太 阳 能 板 的 。 这 样 可 再 生 能 源 的 注 入 过 程 逐 渐 的 发 展 着 。 越 是 积 极 的 应 用 可 再 生 能 源 , 哈 萨 克 斯 坦 的 经 济 就 会 变 得 越 发 的 勇 于 创 新 , 我 们 也 就 可 以 留 给 子 孙 后 代 越 多 的 资 源 。

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