风能、太阳能、生物质能……哪种新能源最受科技界青睐?(一)

2021-05-06 09:50  来源:光明日报  浏览:  

能源,不仅是现代工业的血液,也是正常生活得以维持的基石。千百年来,人类主要依靠化石能源维系,目前也是如此。但化石能源总有耗尽的一天。那么,什么可以接替化石,未来能够为人类提供清洁、可持续的能源?当前,世界主要国家或地区均将发展新能源技术视为引领新一轮能源革命以及科技创新的重要突破口,新能源技术正以前所未有的速度加快迭代。日前,中国科学院科技战略咨询研究院、武汉文献情报中心、广州能源所与施普林格·自然团队发布了《未来科技系列报告(第一期)》——《新能源技术研究的机遇与挑战》,对全球2000-2019年间(尤其是2015-2019年间)太阳能、风能、生物质能、地热能、核能、氢能、储能、能源互联网等八个不同新能源技术领域整体及其20项代表性技术主题进行系统分析,访谈了欧阳明高院士、李灿院士、Joёl Ruet教授等中外能源领域的科学家,对未来能源进行了定量和定性的分析,并从全球尺度重点关注了中国新能源技术的研究特点以及研究竞争力。

风能、太阳能、生物质能……哪种新能源最受科技界青睐?

氢能将是打造未来能源体系、实现能源变革的重要媒介,太阳能燃料技术的突破及其成本降低或将快速降低对化石燃料的依赖

中国科学院科技战略咨询院研究员郭剑锋介绍,通过对发表论文的分析发现,新能源技术正处于加速发展期,2015-2019年间除核能外,太阳能、风能、氢能等7个技术领域发文量均超过近20年总量的40%,其中5个领域超过一半以上。进一步聚焦2015—2019年发文情况发现,全球对新能源的关注度持续升温,五年期间在新能源领域共发表了388416篇论文,发文量年均复合增长率约为10%。

郭剑锋介绍,统计被引频次最高的前10篇论文可以揭示全球不同新能源技术领域关注和聚焦的研究方向:生物质能研究主要关注木质素热解、催化剂、预处理、微藻生物燃料、生物精炼等方向;储能研究主要聚焦锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池、正负极材料、快充技术等方向;地热能研究热点方向包括增强型地热系统(EGS)、地热系统数值模拟、地热钻井技术等;氢能研究主要关注非贵金属催化剂、金属有机框架材料、钴基催化剂、双功能催化剂等领域;核能研究主要的关注点包括核废料处理技术、核电站安全技术、耐辐照材料、磁约束核聚变、惯性约束核聚变等;太阳能研究重点关注方向包括钙钛矿太阳能电池、叠层太阳能电池、太阳能光催化制氢、催化剂、半导体电极等;能源互联网研究重点关注智慧能源系统、大数据、智慧家居能源管理系统、需求响应等方向;风能研究的主要热点方向包括高功率能量转换器、风力涡轮机、风 电数值模拟、风电高比例稳定并网等。

在这些领域中,无论是论文统计还是科学家访谈都发现,氢能和太阳能是大家重点关注的两个新能源。

报告中介绍:在未来能源体系中,氢能是重要的降碳二次能源,制氢、储氢以及氢能的输送和利用研究热度都在快速增长。其中,最先受到关注的氢燃料电池或氢发动机可以变革传统交通工具,解决交通燃油消费带来的城市大气污染和脱碳问题。在可再生能源发电规模快速增加的过程中,电网消纳能力是瓶颈之一,通过电解水制氢灵活消纳弃风、弃光,为解决光伏和风电规模受消费侧需求和电网消纳能力限制问题提供了新路径。同时,可再生能源制氢也将成为未来可持续的绿氢来源。

氢能是助推能源体系深度脱碳重要切入点。2018年至今,包括日本、韩国、澳大利亚、英国、法国在内的诸多国家发布了氢能领域最新规划。日本明确提出,到2025年将全面普及氢能交通,扩大氢能在发电、工业和家庭中的应用,到2030年,氢能使用成本将不高于传统能源。欧盟2020年7月发布的《欧盟氢能战略》提出了欧洲构建“氢能生态系统2050年战略路线图”,2030年前的目标是迅速减少氢气生产过程中的碳排放,开发其他形式的低碳氢,以支持向可再生能源制氢过渡。中国在氢能关键技术研发方面表现较活跃。中国最早的氢能发展部署是将氢燃料电池汽车列为新能源汽车发展方向之一。但由于制氢技术和氢燃料电池的高成本以及加氢站的布局等问题制约产业发展,与纯电动汽车和混合动力汽车相比,氢燃料电池汽车还处于示范运营阶段。与此相呼应,中国在制氢、储氢、加氢等关键环节的研究活跃度也排在新能源领域前列。

零碳太阳能燃料技术研发是科研界高度关注的焦点。报告显示,太阳能燃料研究的发文量和关注度都位居前列,表明人类持续追求利用可持续的自然资源(水、二氧化碳)和能源(太阳能),以求通过更为生态、高效的转化机制获得绿色燃料。科学家们在光解水制氢、太阳能燃料等领域作出了很多努力,但距离应用还有一段距离。例如光催化制氢仍处于实验室研发阶段,如何降低太阳能燃料制备成本,仍然是其产业化的瓶颈。

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