2012年世界科技发展回顾： 能源环保篇

美国

页岩气开发牵动世界能源格局；太阳能电池转化率再攀新高；国家点火装置研究目标转向研究核武器。

田学科 （本报驻美国记者）8月，美国对页岩气的开采已占天然气开采总量的约四分之一，据称到2035年这一比例将提高到约50％。而到2015年美国将超越俄罗斯成为全球最大天然气生产国。有外媒评论，美国的页岩气成功开发极有可能成为全球页岩油气开发的“引擎”，驱动能源产业出现一场革命。

加州大学洛杉矶分校将聚合物太阳能电池的光电转化效率由2011年的8.6%提高到10.6%，新电池含有能吸收可见光和红外线的两层光伏薄膜，可用于建筑物墙壁和窗户；佛罗里达大学尝试对石墨烯材料掺杂三氟甲基磺酰胺，处理后的石墨烯太阳能电池能量转化率高达8.6%，创造了全新的转换纪录；国家可再生能源实验室利用纳米技术制成了转换效率可达18.2%的黑硅太阳能电池，首次证明借助纳米结构的半导体也能制成性能良好低成本的太阳能电池；莱斯大学利用纳米粒子可直接将太阳能转换成蒸汽，甚至可从冰水产生蒸汽，并拥有24％的综合能效；而使用新概念设计出的一种由砷化镓制成的太阳能电池模型，已取得了高达28.3％的转化效率；用钨丝制造的设备可直接利用阳光的热能发电，其光电转化效率高达37%，性能优于目前最好的硅基太阳能电池。

科学家利用光以波的形式流过金属表面并与金属相互作用原理，设计出一种新焊接技术，依据表面等离子体光子学采用一束简单的光将纳米线焊接在一起，有望促成新式电子设备和太阳能设备的出现；麻省理工学院找到一种可降低硅厚度的新途径，在保持电池高效的基础上最高变薄90%，从而降低薄膜太阳能电池的制造成本。

3月，由国家点火装置所发射出的激光在经过最后一个聚焦透镜后达到2.03兆焦，成为世界上首个2兆焦能量的紫外激光，即使在经过光学损耗后，其射于靶室正中心的激光也高达1.875兆焦，成为目前最亮的“人造太阳”。而12月，国家点火装置扭转研究方向，焦点由“能源”变为了“核武器”。众多物理学家情感和理智都难以接受而对这一决议大加批评，认为政府考虑轻率，对核聚变能源的探索将使美国在新一轮科技竞争中站稳脚跟，更有可能推动人类文明的进程。而现在却选择了保持自己威慑力的武器库。

洛斯阿拉莫斯国家实验室等机构首次演示了利用热管冷却小型核反应堆，借助平顶裂变实验产生了24瓦电力，并驱动了内华达国家安全网站设备的斯特林引擎，总花费不到100万美元。这次成功演示证明，可靠的小型核反应堆有望被用作新型太空飞行动力系统。

能源部布鲁克海文国家实验室开发出用于电解水的催化剂，采用相对廉价的材料解决了从清洁水中获取氢气的问题，研发的镍钼氮化物催化剂为纳米片状结构，开启了新的有效氢催化模式；萨瓦那河国家实验室利用含三氢化铝的轻型材料制成了小型储氢容器，该材料具有极高的储氢能力，还具有较低的质量和有利的放电状态。实验证明其氢释放率适合为小型商用燃料电池提供动力，为未来大规模制造便携式发电系统铺平了道路，在军用和商用领域都可能得到应用；罗彻斯特大学将一种纳米晶体与廉价的镍催化剂结合，改进了一种光照制氢系统，稳定性强、能持续生产氢气且成本低廉。

为解决核废料存储问题，科学家研制出一种晶体化合物“圣母大学硼酸钍-1（NDTB-1）”，能安全地吸收核废料中放射性离子。一旦这些放射性粒子被捕捉到，其可以与同样大小的、带电荷更多的材料相交换，将核废料回收再利用，这为核废料“变身”清洁燃料扫清了障碍。

劳伦斯伯克利国家实验室利用一种对人类无害的病毒，开发出将机械能转换成电能的技术。其利用特别设计的病毒涂在电极上，用手指轻敲邮票大小的电极，病毒即会将敲击的力量转换成电流。新技术首次向个人发电机、在纳米器件中使用驱动器及基于滤过性毒菌的电子设备迈出富有前景的一步；佐治亚理工学院开发出一种透明的柔性摩擦发电机，这种微型发电机能“感觉”到一根羽毛飘落下来产生的压力，能将散步这类机械能转化为电，能用来制造自供电的触摸屏，在电子产品、环境监测以及医疗设备制造等领域具有巨大的应用潜力。

莱斯大学研究人员开发出一种几乎可以喷涂在任何物体表面上的锂离子电池。这种可充电电池组成的喷漆，每一层都代表着传统电池的组件；伦斯勒理工学院的研究人员将世界上最薄的材料石墨烯制成一张纸，用激光或照相机闪光灯的闪光震击，将其弄成“千疮百孔”状，致使该片材内部结构间隔扩大，以允许更多的电解质“润湿”及锂离子电池中的锂离子获得高速率通道的性能。这种石墨烯阳极材料比如今锂离子电池中惯用的石墨阳极充电或放电速度快10倍，甚至在超过1000个充电/放电周期后仍能成功运行。