2012年世界科技發展回顧[圖]
發表時間 2013-01-04 11:20 來源 未知

  美國

  頁巖氣開發牽動世界能源格局;太陽能電池轉化率再攀新高;國家點火裝置研究目標轉向研究核武器。

  田學科 (本報駐美國記者)8月,美國對頁巖氣的開采已占天然氣開采總量的約四分之一,據稱到2035年這一比例將提高到約50%。而到2015年美國將超越俄羅斯成為全球最大天然氣生產國。有外媒評論,美國的頁巖氣成功開發極有可能成為全球頁巖油氣開發的“引擎”,驅動能源產業出現一場革命。

  加州大學洛杉磯分校將聚合物太陽能電池的光電轉化效率由2011年的8.6%提高到10.6%,新電池含有能吸收可見光和紅外線的兩層光伏薄膜,可用于建筑物墻壁和窗戶;佛羅里達大學嘗試對石墨烯材料摻雜三氟甲基磺酰胺,處理后的石墨烯太陽能電池能量轉化率高達8.6%,創造了全新的轉換紀錄;國家可再生能源實驗室利用納米技術制成了轉換效率可達18.2%的黑硅太陽能電池,首次證明借助納米結構的半導體也能制成性能良好低成本的太陽能電池;萊斯大學利用納米粒子可直接將太陽能轉換成蒸汽,甚至可從冰水產生蒸汽,并擁有24%的綜合能效;而使用新概念設計出的一種由砷化鎵制成的太陽能電池模型,已取得了高達28.3%的轉化效率;用鎢絲制造的設備可直接利用陽光的熱能發電,其光電轉化效率高達37%,性能優于目前最好的硅基太陽能電池。

  科學家利用光以波的形式流過金屬表面并與金屬相互作用原理,設計出一種新焊接技術,依據表面等離子體光子學采用一束簡單的光將納米線焊接在一起,有望促成新式電子設備和太陽能設備的出現;麻省理工學院找到一種可降低硅厚度的新途徑,在保持電池高效的基礎上最高變薄90%,從而降低薄膜太陽能電池的制造成本。

  3月,由國家點火裝置所發射出的激光在經過最后一個聚焦透鏡后達到2.03兆焦,成為世界上首個2兆焦能量的紫外激光,即使在經過光學損耗后,其射于靶室正中心的激光也高達1.875兆焦,成為目前最亮的“人造太陽”。而12月,國家點火裝置扭轉研究方向,焦點由“能源”變為了“核武器”。眾多物理學家情感和理智都難以接受而對這一決議大加批評,認為政府考慮輕率,對核聚變能源的探索將使美國在新一輪科技競爭中站穩腳跟,更有可能推動人類文明的進程。而現在卻選擇了保持自己威懾力的武器庫。

  洛斯阿拉莫斯國家實驗室等機構首次演示了利用熱管冷卻小型核反應堆,借助平頂裂變實驗產生了24瓦電力,并驅動了內華達國家安全網站設備的斯特林引擎,總花費不到100萬美元。這次成功演示證明,可靠的小型核反應堆有望被用作新型太空飛行動力系統。

  能源部布魯克海文國家實驗室開發出用于電解水的催化劑,采用相對廉價的材料解決了從清潔水中獲取氫氣的問題,研發的鎳鉬氮化物催化劑為納米片狀結構,開啟了新的有效氫催化模式;薩瓦那河國家實驗室利用含三氫化鋁的輕型材料制成了小型儲氫容器,該材料具有極高的儲氫能力,還具有較低的質量和有利的放電狀態。實驗證明其氫釋放率適合為小型商用燃料電池提供動力,為未來大規模制造便攜式發電系統鋪平了道路,在軍用和商用領域都可能得到應用;羅徹斯特大學將一種納米晶體與廉價的鎳催化劑結合,改進了一種光照制氫系統,穩定性強、能持續生產氫氣且成本低廉。

  為解決核廢料存儲問題,科學家研制出一種晶體化合物“圣母大學硼酸釷-1(NDTB-1)”,能安全地吸收核廢料中放射性離子。一旦這些放射性粒子被捕捉到,其可以與同樣大小的、帶電荷更多的材料相交換,將核廢料回收再利用,這為核廢料“變身”清潔燃料掃清了障礙。

  勞倫斯伯克利國家實驗室利用一種對人類無害的病毒,開發出將機械能轉換成電能的技術。其利用特別設計的病毒涂在電極上,用手指輕敲郵票大小的電極,病毒即會將敲擊的力量轉換成電流。新技術首次向個人發電機、在納米器件中使用驅動器及基于濾過性毒菌的電子設備邁出富有前景的一步;佐治亞理工學院開發出一種透明的柔性摩擦發電機,這種微型發電機能“感覺”到一根羽毛飄落下來產生的壓力,能將散步這類機械能轉化為電,能用來制造自供電的觸摸屏,在電子產品、環境監測以及醫療設備制造等領域具有巨大的應用潛力。

  萊斯大學研究人員開發出一種幾乎可以噴涂在任何物體表面上的鋰離子電池。這種可充電電池組成的噴漆,每一層都代表著傳統電池的組件;倫斯勒理工學院的研究人員將世界上最薄的材料石墨烯制成一張紙,用激光或照相機閃光燈的閃光震擊,將其弄成“千瘡百孔”狀,致使該片材內部結構間隔擴大,以允許更多的電解質“潤濕”及鋰離子電池中的鋰離子獲得高速率通道的性能。這種石墨烯陽極材料比如今鋰離子電池中慣用的石墨陽極充電或放電速度快10倍,甚至在超過1000個充電/放電周期后仍能成功運行。

  英國

  政府仍支持核電;公布碳捕獲與儲存項目(CCS)計劃路線圖;推出《英國生物能源戰略》。

  劉海英 (本報駐英國記者)自2011年3月日本大地震引發福島核電站事故后,英國關于核能的爭論久久不歇,直至2011年10月福島核事故最終調查報告表明核能對于英國來說是安全亦是不可或缺的。此后,英國政府開始鼓勵核能領域的研究,新建核電站項目再次步入視野。雖然在2月底,時為世界上最老的現役核電站——英國奧爾德伯里核電站正式退役,但其后英國Horizon核電項目的國際招標表明了英國對核電的支持態度。

  4月,英國在首個CCS路線圖中提出,投入10億英鎊啟動新一輪的CCS招標計劃;投資1.25億英鎊資助CCS技術研發,其中包括投入1300萬英鎊建立英國CCS研究中心。

  4月下旬,英國政府在第三屆清潔能源部長級會議期間推出《英國生物能源戰略》,并在10月出資200萬英鎊鼓勵企業進行生物能源技術研發。

  除繼續加強海上風能的建設投入外,英國開始關注潮汐能的利用。1月,政府宣布英國西南部為英國第一個海洋能源區,立志將此地區建成利用海洋可再生能源的典范;4月,能源與氣候變化部啟動海洋能源陣列示范項目,出資2000萬英鎊支持兩個潮汐能商業化前的示范項目。

  7月,研究人員利用X射線技術,從納米水平研究了氧化鈣基材料的碳捕獲和水合過程,有望帶來一種可大規模使用且經濟高效的碳捕獲和存儲方法;9月,研究人員借助一種名為羅爾斯通氏菌的細菌,將廢棄食用油作為原料生產可降解塑料,這一技術工業化生產后可大大減少環境污染;11月,包括英國科學家在內的一國際研究團隊研制出一種新型催化劑,可在150攝氏度這個相對較低溫度下直接將甲醇轉化為氫,且產生很少的一氧化碳,這一催化劑可能成為制備用于手機等設備的小型、高效燃料電池的關鍵。

  俄羅斯

  研制acetam的火箭發動機新燃料;啟動“北極浮動大學”科研考察活動;投資發展便攜式移動電源項目。

  張浩 (本報駐俄羅斯記者)2月,俄羅斯動力機械科研生產聯合體創新中心對外表示,研制出一種稱為acetam的火箭發動機新燃料。這種燃料能顯著提高火箭的動力載荷效率和經濟性,使用該燃料的運載火箭能將運往地球同步軌道的負載量提高近30%,同時增強高超音速宇宙飛行器的發射動力。使用新燃料的火箭發動機將逐漸取代煤油—氧發動機,發射成本每年可節約數十億盧布。

  8月,由俄地理學會組織的“北極浮動大學”科研考察活動正式啟動。考察隊前往法蘭士約瑟夫地群島進行生態環境考察,對兩個島嶼展開環境清理,同時為俄羅斯水文氣象和環境監測局收集重要數據,以便氣象學家們對近期冬季天氣作出最高準確性的預測。該考察活動得到了俄羅斯總統普京的贊賞,普京提議地理學會每年都組織浮動大學的北極科研考察活動。

  9月,俄羅斯國家納米技術公司決定向一家美國企業擁有的便攜式移動電源項目投資2500萬美元,以發展燃料電池技術。這種移動電源使用的燃料為儲存在小盒中的液體丁烷,借助于化學反應可以通過USB接口向智能手機、平板電腦、電子書、MP3播放器等電子產品充電。與鋰電池相比,這種基于燃料電池技術的便攜式移動電源更為高效可靠。

  10月,俄羅斯按照合同完成了對“國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃”的首次供貨,即提供環向場線圈所用的超導線。ITER裝置是一個能產生核聚變反應的超導托克馬克實驗裝置,被視為是人類解決未來能源問題的希望。超導線構成的環向超導磁體是ITER實驗堆裝置的關鍵部件之一。

  法國

  用鈷合成兩種可替代鉑催化劑的新材料;第二代生物燃料生產技術取得突破。

  李釗 (本報駐法國記者)10月,原子能委員會、國家科研中心等機構研究人員成功合成兩種可在中性環境下工作的鈷催化劑,其中一種由鈷納米粒子組成,它具有兩種不同形態,可分別對生成氫氣和產生氧氣的反應起催化作用。該催化劑可在兩種形態間相互轉換,成為不含貴金屬的可轉換催化劑。這種使用鈷合成兩種可以替代鉑催化劑的新材料,使氫能源制取低成本化成為可能。

  9月13日,法國生物技術公司Deinove宣布,成功分離出一種稱作“奇球菌”的菌株,能在不需要酶、酵母或抗生素等添加劑的情況下,直接將復雜的生物原料分解成單糖并轉化成乙醇。這種可用來生產第二代生物乙醇的細菌菌株,能簡化生產過程并降低生產成本。

  德國

  組建“可再生能源平臺”;大力發展海上風場;LED/OLED技術發展迅速;推進國家電動汽車平臺,擴建電動汽車加氫站。

  李山(本報駐德國記者)4月,聯邦環境部(BMU)組建了由“能源轉型”政策實施過程中相關方共同參與的“可再生能源平臺”。目前,德國由可再生能源生產的電力已占總電力供給的20%,而2020年的目標是35%。

  德國風電裝機總量接近3萬兆瓦,已經成為德國最重要的可再生能源。其中,自2001年11月以來,德國共批準建設28座海上風電園,目前還有84座待批,而到2030年的目標是海上風電園裝機容量達2500萬千瓦。

  不萊梅大學開發出一種智能控制系統,可以使風力發電設備更好地適應多變的風力強度,降低故障率。此外,德國還在進行高溫超導(THS)輸電試驗,計劃在埃森市中心兩座變電站之間鋪設世界最長(1公里)的高溫超導輸電電路。

  歐司朗公司(OSRAM)制造出高性能藍白光LED原型硅芯片,首次成功利用硅晶圓基板取代藍寶石基板制作LED芯片;研究人員還研發出了新型超高亮度LED食品均勻照明技術以及可模擬風過云移、光線變幻的自然狀態的特殊房頂光源;巴斯夫公司與飛利浦公司合作將透明有機發光二極管和太陽能電池技術用到汽車車頂照明中,使其既可作車輛透視天窗,又能利用太陽能進行充電;德國雷根斯堡大學在純有機分子的基礎上,利用成本低得多的材料研發出了“單線態收獲”的新電致發光方法。

  通過國家電動汽車平臺(NPE)的穩步推進,重點加強電池的研究和開發。相關創新包括德國人工智能研究中心研發的模塊化智能電動汽車,以及弗勞恩霍協會研發的,可在45分鐘內將常用的電動汽車電池充電至80%,并可集成到電動車上的三段式充電裝置;德國開始擴建電動汽車加氫站,將從現有的14座擴建到50座。從而初步形成網絡化覆蓋,能夠為全國多達5萬輛的氫燃料電池汽車提供加氫服務。

  最大的生物煉油示范廠投入運行,利用生物技術實現了秸稈粉碎到植物纖維酶分解到糖發酵的完整轉換過程,年產1000噸乙醇,且碳排放呈中性。

  研究人員開發出水體細菌和微生物快速檢測新技術,可直接在現場使用,一個小時內即可檢測確定水體內細菌和微生物含量;在開發二氧化碳微生物轉化技術方面取得階段性成果,從褐煤發電廠煙道中篩選出29種能高效轉化溫室氣體并具有良好成長性的微生物。

  日本

  首次觀測解析海下深層部分溫度;建設海上浮動式風力發電基地;核發電回歸為零;將實施“海洋溫度差發電”項目。

  葛進 (本報駐日本記者)氣象廳通過對深層次海水的觀測解析,證明伴隨地球暖化,海面至水深700米的海水水溫正在以每10年0.02攝氏度的速度上升。這是世界上首次對海面下深層次部分的溫度進行觀測解析。

  由日本經濟產業省主導,日本11家企業與大學合作,計劃在距福島縣海岸20到40公里建設一座海上浮動式風力發電基地。該基地的建設分兩個階段,建成后的總發電量可達到1萬6000千瓦。

  5月7日,位于北海道的泊核電站停止運行,自1970年來日本核發電回歸為零。雖然7月日本核電站又開始運行,但此次停運顯示了日本棄核的決心,也為未來逐步降低核電比例埋下伏筆。

  7月,神戶市宣布通過與制酒公司以及食品公司的合作,該市下水處理廠能夠用這些公司提供的食物加工殘留物與淤泥混合,從而生產出可供3000戶家庭使用的生物燃氣。

  在沖繩縣久米島町將開始實施“海洋溫度差發電”項目,即利用水溫較高的表層海水與較冷的深層海水的溫差發電。其將在2013年3月前建立起小型實證設備,同時研究降低這種發電方式成本的方法以及探討未來建立海上發電站的可能性。

  宇宙航空研究開發機構通過水循環變動觀測衛星“水滴”的數據發現,覆蓋北冰洋海面的海冰9月達到觀測以來最小面積,約349萬平方公里,僅為上世紀80年代平均值的一半。

  新能源產業技術綜合開發機構聯合日本企業和美國新墨西哥州政府,開始在美國新墨西哥州進行“靈巧電網”實證項目運行試驗。該項目被稱為下一代電力網,目的是配合供電不穩定的再生能源開發。由于整合了信息通信技術,該電網可以靈活對電力需求和供給進行調節。

  氣象廳發布統計數據顯示,9月的世界平均氣溫比往年要高0.24攝氏度,是自1891年有記錄以來的最高氣溫。分析認為,氣溫升高的原因主要是溫室氣體的濃度上升以及氣候異常變化頻率的不斷增加。

  韓國

  首次發現可大規模儲存二氧化碳海洋沉積層;提高可再生能源義務配額;開發出海洋生物氫氣技術。

  薛嚴 (本報駐韓國記者)5月,國土海洋部表示,首次發現可大規模儲存二氧化碳的海洋沉積層。該部有關人員表示,此次發現的沉積層位于蔚山以東60至90公里的大陸架附近,深度在800米至3000米之間,二氧化碳儲存量可達51億噸。韓國政府表示,掌握該地區具體地質結構后,將于2015年前決定是否將其確定為二氧化碳的儲存場所。

  6月,知識經濟部表示,政府將建設100兆瓦太陽能設備,推進太陽光產業的發展。計劃將可再生能源義務配額從2012年的230兆瓦提高到2013年的330兆瓦。此外,將對消耗電力較多的法人實行義務使用一定比重的可再生能源制度,同時對相關產品研發企業提供出口退稅等激勵措施,讓其更容易獲得出口保函。該部門還表示,太陽光項目綜合研發中心將在未來5年投入1500億韓元(約合人民幣8.3億元)開發有關技術和產品。

  7月,國土海洋部表示,海洋研究院首次開發出海洋生物氫氣技術,即利用生活在太平洋深海海底的微生物“超嗜熱古細菌”將一氧化碳轉換為氫氣。該技術既能減少一氧化碳排量,又能生產氫氣,其效率最高可達目前采用的厭氧細菌的15倍。這是該國在世界上首次開發出利用深海微生物將一氧化碳轉換為氫氣的技術。如果2018年前實現商用化,預計每年可以生產1萬噸氫氣,供5萬輛氫燃料汽車運行一年。

  以色列

  將新能源產業和水技術并列為“以色列新技術”計劃;舉辦“以色列新能源展”;開發出用細菌既處理污水又發電技術。

  馮志文 (本報駐以色列記者)政府鼓勵居民使用新能源,全國家用熱水熱源93%都是采用太陽能,普及率全球第一。太陽能光伏發電站發展也非常迅速。

  9月在特拉維夫市舉辦的“以色列新能源展”為新能源的發展起到了積極推動作用。主要關注光伏、太陽能熱能技術、風能、生物質能以及效能議題等,共有40多個國家的100多家展商參展。

  Emefcy公司開發出一種高效污水處理技術,用帶電細菌處理污水,處理的同時可以發電。該公司因為該技術被選定為紐約第五次年度能源財經峰會“2012年新能源先鋒”的10家公司之一;被譽為世界海水淡化先導的以色列IDE公司獨家擁有低溫多效與反滲透兩項技術,憑借投資少、耗能低、造建周期短等優勢占據了全球90%的海水淡化市場。

  在建的Soreq海水淡化廠將是世界上最大的海水淡化廠,年生產量1.5億方水。2013年以色列將每年通過海水淡化生產5億方的生活用水,屆時以色列全國35%的生活用水將來自海水淡化。

  以色列發明的節水灌溉系統將農業用水的利用率提高到70%到80%,該技術的發明人丹尼爾·希勒爾因在干旱地區開創性的使用滴灌技術而獲得世界農業領域的“諾貝爾獎”——2012年世界糧食獎。

  南非

  開征輪胎稅;履行《綜合資源規劃2010》;推出“可再生能源獨立發電廠商計劃;批準碳捕獲與封存路線圖;政府“放行”頁巖氣勘探。

  李學華 (本報駐南非記者)為加強廢舊輪胎管理而推出新舉措:從2月1日起,將對所有本地制造或進口的輪胎征稅,稅率為2.3蘭特/公斤。此項新稅所得將用于廢舊輪胎的回收利用。環境部最終選取“南非回收與經濟發展倡議公司(REDISA)”提交的方案作為解決廢輪胎問題的新模型在全國推行,要求所有與輪胎有關的企業,必須對照REDISA方案進行調整,使自己的經營活動符合其要求。違反規定者將面臨最多10萬蘭特或入獄3年的處罰。

  根據南非政府制定的《綜合資源規劃2010》,在2030年之前,南非要新建可再生能源發電能力為17800兆瓦。2016年之前是實施該規劃的第一階段,南非將新建可再生能源發電能力3725兆瓦,具體如下:風力發電1850兆瓦、太陽能光伏發電1450兆瓦、太陽能集熱發電200兆瓦、生物質發電12.5兆瓦、生物沼氣發電12.5兆瓦、垃圾填埋氣發電25兆瓦、小型水電75兆瓦、最大發電能力低于5兆瓦的小型發電項目100兆瓦。

  為吸引私人和國外資本投資電力建設,能源部推出“可再生能源獨立發電廠商計劃(IPP)”,邀請國內外投資者競標。迄今已進行兩輪招標,第一輪有28家公司中標,總共要新建發電能力1416兆瓦,合同投資額達470億蘭特;第二輪有19家公司中標,將新建發電能力1044兆瓦,預計投資280億蘭特。2013年還將有三輪招標,預計吸引總投資額將超過1000億蘭特。

  5月,南非政府批準了由南非碳捕獲與封存(CCS)研究中心建議的CCS路線圖。該路線圖將分為五個階段:進行CCS潛力評估;編制CCS地理信息圖冊;進行二氧化碳注入試驗,將在2016年前完成;2020年開始十萬噸級項目示范;2025年實現每年封存百萬噸以上二氧化碳的大型項目的商業化運行。前兩部分現已完成。

  由于,2011年初殼牌公司申請在估計頁巖氣儲量為435萬億立方英尺的南非北開普省卡魯盆地進行鉆探,遭到了環保組織的強烈反對,南非政府被迫于2012年4月宣布暫停審議殼牌的申請。而9月在審議了一個跨部門專業委員會對水力壓裂法進行的安全性評估后,南非政府決定解除對在卡魯地區進行頁巖氣勘探的限制。專家稱,頁巖氣的開采將使南非目前依靠煤炭的能源結構發生根本性的改變,為南非經濟發展帶來強大助力。

  《科技日報》(2013-01-04 二版)

  (中國科技網)

  責編:董子凡

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