驱动未来

未来我们的能源将来自哪里:风能、太阳能,甚至压电?
2014.10.07

多年来,我们一直依靠化石燃料来生产我们生活和工作所需的光、热和能源。但这些供应正在减少,并污染我们的环境。那么,可再生资源能否填补这一缺口,产生足够的能源为世界供电?在这期特别的“裸体科学家”节目中,我们从剑桥科学中心现场采访了一些试图做到这一点的研究人员,以及我们自己进行的一些与能源相关的实验……

在这一集里

风力发电

02:30 -利用风能和潮汐能

我们需要提高风能和波浪动力系统的性能,以更好地利用这些免费、清洁能源的潜力。

利用风能和潮汐能
剑桥大学的理查德·麦克马洪博士

风能是一种广泛使用的可再生能源,但仍有待改进风力发电使他能够更好地利用风力。然而,波浪发电要困难得多,因为波浪的上下运动很难转化为有用的能量。剑桥大学的理查德·麦克马洪博士致力于提高这两种技术的产量。

这些类型的电力依赖于简单的发电机。金妮和戴夫解释发电机如何以及为什么从运动中产生能量。

理查德。——风电相对成熟。它为许多国家的发电做出了巨大贡献。关键是要降低成本,提高可靠性。我正在研究能够实现这一目标的生成技术。

克里斯:当我们说到风力发电时,我们是如何利用风力发电的?这是只有风车还是有其他方法?

理查德:经过多年的发展,现在出现了一种标准的方式,我想我们大多数人都很熟悉,那就是随处可见的水平轴三叶片风力涡轮机。人们已经尝试了其他不同形式的风力涡轮机,但在可预见的未来,主要的是我所描述的,三叶片水平轴机。

克里斯-这到底是怎么回事?

理查德:嗯,你需要一些风来开始,风吹在叶片上。风的力量带动叶片,如果你看这些风力涡轮机,你会看到叶片后面的部分被称为机舱。在这里,你可能认为它都是一个发电机-实际上,发电机大约是它的三分之一。最大的是前轴承,因为涡轮机前面的叶片都很重,可能还会有一个齿轮箱来增加叶片的转速,从非常慢的转速到发电机的高速转速。

克里斯:目前英国的风能发电量是多少?

理查德:大概在6%到7%之间。我的意思是,很明显,它是波动的。有些年份比其他年份多风,目标是到2020年,每7千瓦时就有1千瓦时来自风能。

克里斯-确实很多,不是吗?

理查德:我同意你的看法。我的意思是,这表明风能确实做出了重大贡献,当然,它是真正的绿色能源。

克里斯:的确,但风并不总是吹的。

理查德:那倒是真的。我们有几个问题要看。目前,我们可以平衡风能和其他形式的发电——所以,不用担心灯会熄灭。在一些国家,比如德国和西班牙,风的渗透率越来越高,我们不得不考虑一些低平衡的事情,这就是智能电网的作用,我们可以管理负载,从而匹配发电量。

克里斯-所以,这就是风停止吹的地方。所以,我们需要一些其他的东西,可以在没有风的时候介入并填补空白。

理查德:嗯,这取决于一天中的时间。我在太阳能行业的朋友肯定能帮上忙,当然,我的另一个话题是波浪能,正如另一位同事指出的,你可以买到未来20年的潮汐表。

克里斯-没错。谁对风能的未来有问题?我们从谁开始呢?举起手来。这里有一个。让我来找你。

尼尔森-我是尼尔森。一年产生多少风能?

用它的形式或单位来表示,它们实际上被称为太瓦时,这有点困难,但如果我回到一个百分比,它大约是我们国家消耗的7%。我们平均消耗40千兆瓦,也就是40亿单位的电力。如果有人擅长算术,你可以用40千兆瓦的7%乘以365乘以24。我脑子里想不出来,我道歉。

Chris -我也不能。所以,如果我们已经这样做了,像你这样的研究人员还能补充什么呢?仅仅是需要更多的涡轮机,还是我们要在某种程度上改进风车?

理查德:嗯,我用的类比是假设我们在20世纪30年代买了一辆车,我们认为这是一辆很漂亮的车。我们可以达到每小时100英里,这将是非常令人兴奋的,但看看汽车技术的进步。我认为,虽然有时很难想象,在30年内,今天的风力涡轮机将会看起来相当基础,未来的风力涡轮机将会更便宜,更可靠,噪音更小,拥有我们想要的所有好东西。

克里斯:金妮,我们来看看涡轮机是怎么发电的吧?

Ginny:风力涡轮机的工作原理是它们必须转换风力旋转叶片的运动。你有一个很漂亮的模型,不是吗?所以,风会击中这些叶片,使其旋转。但是我们得到的只是运动,这不是我们想要的。我们需要电。那么,我们要怎么把这个运动转化成电呢,戴夫?

戴夫:首先,我们需要有人做一些动作。为此,我需要一个志愿者。

金妮-你叫什么名字?

Innes - Innes。

金妮-你多大了?

9 - 10。

戴夫-英尼斯,你能不能站在一边。我这里有两圈电线和两个磁铁。电线线圈只是连接到这个仪表上,它测量出了多少电。目前,产生了多少电力?

0。

戴夫:我们所做的就是把一些电线接到仪表上,什么也没发生。现在,我想让你们做的是把这个磁铁插进线圈的中间。如果你前后移动它,你能看到针在移动吗?

Innes -是的。

戴夫-试试大一点的磁铁。

Innes -它移动了很多。

金妮-所以每次你把磁铁移进移出线圈时针就会前后移动,对吗?

Innes -是的。

金妮-戴夫,到底怎么回事?

戴夫:所以,如果你在线圈附近移动一块磁铁,你实际上是在推动一些小的亚原子粒子,这些亚原子粒子是原子的一部分,推动它们绕着线圈运动,它们被称为电子,推动电子绕着线圈运动,这就是我们所说的电。你移动磁铁的速度越快,磁铁越大,它们被推动的力度就越大,电压就越高,所以,我们得到的读数就越大。

金妮——那么,为什么第二个磁铁比第一个好用,因为第一个有点垃圾,不是吗?

戴夫-所以,是的,磁场越大,线圈内部的磁场变化越大,产生的电压和分子就越大。

金妮-所以,第二个磁铁更大,所以我们得到了更大的差异。辉煌!这很有趣。如果你在线圈附近摆动一块磁铁,就能产生一些电。但风力涡轮机内部并不是这样的,不是吗?

戴夫:差不多,这就是风力涡轮机内部发生的事情。你在移动磁铁通过线圈。有时磁铁是通过通电线圈产生的,这听起来有点圆,但确实有效。工程师很擅长做这种事。如果你在线圈附近移动一块磁铁,就会产生电。这里,我有一系列线圈,磁铁在中间。如果我把它倒过来,这样磁铁就能穿过它……

金妮——每个线圈上都有小灯,当磁铁穿过那个特定的线圈时,我可以看到它们在闪烁。再一次,这只是一个稍微高科技的版本而不是有人在那里移动磁铁进出每个线圈。你可以转动它,使磁铁穿过线圈。

戴夫:没错,基本上,除了太阳能之外,所有的东西都是基于这个原理——你在线圈附近移动磁铁,然后产生电力。

金妮-那看起来还是不太有效。你每次都得停下来把它翻过来。一定有更好的方法在风力发电机之类的设备中实现。

戴夫:通常情况下,如果你把磁铁排成一个圆圈,把线圈排成一个圆圈,你就可以不停地转啊转,不停地转——你不需要不停地启动和停止。你也可以用齿轮来加速。记住,磁铁移动得越快,产生的能量就越大。所以,你可以让所有的东西都绕圈,而且效率更高,你可以用一个很小的设备使用大量的电力。

金妮:这对风力涡轮机来说一定很容易,因为它们一开始是绕着圈转的。对吗?

理查德-没错,金妮。

金妮:但是你也研究了波浪的产生,波浪并不是绕着圈转的,对吧?它们上下起伏。你是否需要做一些更像我们这里所做的事情,你实际上有一些东西在翻转,这会让它变得更困难吗?

你说得很对,金妮。有时我们可以使用,如果你喜欢的话,水下风力涡轮机,在那里我们有潮汐流,一股来自潮汐的水流。但如果我们想要从真正的波浪中获得能量——即摆动的运动——那就很难了。人们想出了很多非常聪明的东西从70年代的索尔特鸭子到今天我们有很多东西在测试中。但是我想我们还没有得到正确的答案。

克里斯-索尔特的鸭子是什么?

本质上,它是一只鸭子。它是一个放在水面上的东西随着波浪起伏,用它来把它转换成振荡运动,你知道运动,然后你可以做一些非常复杂的事情,这是一个问题你可以泵出一些液压油,然后你可以用它来转动液压马达它在周围转动然后你可以使用你的旋转产生的东西。听起来很复杂,确实有点复杂。

克里斯-所以,它不起作用。说“不行”是不是太长了?

理查德-不,不是说它不起作用。正如我们所知,我们不想为电费付太多钱。所以,我们想让这个系统更简单。因此,第一,它们运行的时间更长,没有问题,第二,它不需要花费很多钱来发电。

克里斯-有关于空气,风,海浪的问题吗?我们往这边走吧……

杰西-我是杰西,来自圣伊夫。我的问题是,我们制造的能源是否已经超过了制造风力涡轮机所需的能源?

理查德:非常肯定。如果你想一下风力涡轮机中嵌入的能量,当然,有钢、铜和混凝土在基础上。但在一个好的网站上,你会期望在一年之内收回电费。还有一个更微妙的问题,随着风力涡轮机变得更便宜,你可能会把它们放在风力较小的地方,那里需要更长的时间才能收回成本。所以,也许这是一种担忧,但我很放心,我们可以很快地把能量收回来。

罗文:嗨。我是来自剑桥的罗文。你认为在未来,我们会有更大的风力涡轮机来捕获能源,还是更小、更高效的风力涡轮机?

我认为这两件事都会发生。在陆地上,似乎没有很大的推动力来增加体型。那里的计划通常是一个标准单元,你知道亨利·福特的政策,“让它便宜,把它们建起来。”在海外,情况就不同了,因为打地基需要付出很多努力。所以,如果你要建地基,你可能想要建最大的风力涡轮机,你完全可以。因此,我认为我们将看到海上规模的增长,但在陆地上,我认为它将走向大规模生产的选择。

爱德华-我是爱德华,来自一个叫斯威威西的小镇。你造过的最大的风车是什么?

我个人?我从来没有有幸建造一个完整的风车因为风车需要很多东西,但我建造过的最大的发电机是一个原型,有250千瓦的功率,足够200个家庭使用。但真正的规模现在是以兆瓦为单位。实际上,我们现在正在建造一个原型。所以也许一年后,如果我们再上节目,我可以给你看。

弗兰克-你好。我叫弗兰克。我来自美国。我只是想知道,有没有一种技术——你说你也在研究波浪技术——但是把这些风力涡轮机放在某种浮标系统上,如果它们要在海上,同时利用波浪能和风能。

克里斯:现在,有一个有趣的想法——混合动力,这样你就可以上下摆动,收集风。你觉得呢?

理查德:这是一个有趣的观点。到目前为止,我们喜欢把我们的风力涡轮机放在陆地和海洋上坚实的基础上。人们在想,嗯,如果有某种漂浮的系统,那就太好了。唯一的问题是,这是相当多的工作,以确保它是可靠的,不会翻倒等等。

阿丽莎-我是阿丽莎,我来自美国。你总是听说蝙蝠,候鸟和其他东西飞到风力涡轮机上,然后被杀死。这仍然是一个大问题吗?如果是的话,有什么措施来缓解这个问题吗?

好吧,我得实话实说。风力涡轮机确实会杀死鸟类。它们杀死蝙蝠。你说:“这是个大问题吗?”这是一个很难回答的问题。我的意思是,就发生在鸟类身上的事情而言,它们不太可能被风力涡轮机击中。鸟类的命运要糟糕得多。所以,我不高兴我们杀了任何人,但我的意思是,你得向前看。我认为我们做得很好。

我是剑桥的史蒂芬·哈利迪。有什么方法可以储存由风力涡轮机产生的电力,而不是在它产生时使用?例如,一个有风的夜晚,大量的能量来自风力涡轮机,没有人想要它。我们能把它存起来以后再用吗?

理查德:当然。这样做的困难在于,我们可以把它储存为所谓的“抽水蓄能”——你可以把它泵到一个高水库,然后让它出来。还有别的办法。你可以用电池。唯一的问题是我们需要大量的电池。目前,从经济角度来看,不赞成大量存储。所以,我们只是说,经营一家天然气厂要努力一点,或者不那么努力,否则你就和挪威做邻居。

霍莉-我是霍莉,我来自佛罗里达。你说你在做一个原型。原型到底是什么?

理查德:当你设计新东西时,你必须弄清楚它是否有效。我们设计了一种新型发电机。我们需要建造它,测试它,首先看看它是否能发电,它是否符合风力涡轮机所需的所有规则和规定。实际上,我们在诺里奇进行了测试,我们没有炸毁诺里奇的电力供应,所以我们很高兴。

克里斯-我不确定这是对诺里奇的轻视还是对你的工程技术的轻视。

乔治——我是来自伊利的乔治。我只是想知道,风力涡轮机是如何捕获风的?

克里斯-是的,好问题。那么你这个漂亮模型上的叶片是如何,它是如何将空气的运动转化为发电的运动的?

理查德:嗯,乔治,我吹得不够大,但是吹进来的风有一定的动量,叶片的形状使得风从叶片上偏转,从而产生了旋转力。你知道飞机是如何飞行的——风穿过空气并产生一些升力。原理是一样的。

克里斯:那么,你的意思是空气撞击到叶片上,由于叶片把空气推向某个方向,空气又反过来推到叶片上。所以,你实际上让叶片朝着某个方向运动。

理查德:对,是的。

克里斯:还有问题吗?否则我们就放这个人一马?这里还有一个。

乔-你好。我是来自Caldecote的Joe。我的问题是,我听说过风力涡轮机,它们的维护成本很高。我只是想知道它的效率和效果是否足以让我们从风力涡轮机产生的钱来支持维护?

理查德:嗯,如果我是风电场的投资者,我会非常关心这些问题。现在的普遍观点是,包括维护成本在内,陆地上的风力发电是最便宜的发电方式。在美国中西部的好地方尤其如此。

太阳核聚变产生的热量

16:40 -喷涂太阳能电池

科学家们向我们承诺,未来太阳能电池可以喷洒到物体表面,这样汽车、建筑物和街道都可以被它们覆盖。

喷雾式太阳能电池
迈克尔·普莱斯,剑桥大学

传统的太阳能电池是用硅晶体制成的。虽然这些都有它们的太阳优点,比如效率,它们相对笨重,制造成本高,而且不能弯曲。因此,现在科学家们正在寻找可能具有更好性能的太阳能电池新材料。迈克尔·普莱斯(Michael Price)致力于有机太阳能电池的研究,这种电池制造成本低廉,又薄又轻。不幸的是,目前它们的效率还不如传统电池。迈克尔向克里斯·史密斯展示了他是如何寻找提高这些材料效率的方法的。

迈克尔-我主要关注新型太阳能电池板材料的物理学。我们称之为太阳能电池,太阳能电池板就是由很多太阳能电池组成的。

克里斯:现在,当你在屋顶上看到这些太阳能电池板时,它们实际上在做什么?它们是如何工作的?

迈克尔:是的,要转换太阳的能量,太阳显然是我们最丰富的能源,你需要经历几个步骤。所以,我们认为要想制造出好的太阳能电池,第一步就是要吸收光线。所以,如果你把光想象成粒子——我们称之为光子——你需要在你的太阳能材料中吸收光的粒子。第二步,在吸收过程中,产生一个被激发的电子。所以,光子进入材料,撞击材料,它会激发一个电子,有一堆电子在材料中休眠,在半导体中,一旦你激发了其中一个,电子需要穿过材料,然后像普通的铜线一样进入导体。这种电子流动就是我们所说的电。有很多问题可能会发生。电子可以相互碰撞。它们会撞向其他原子,能量会以热的形式损失掉。

克里斯-所以,来自太空的光照射到材料上,使一些电子移位,或者使它们进入一种可以在电路中流动的状态。这是如何进入电网的呢?因为很明显,人们想在屋顶上使用他们的电池来减少他们的能源账单,不是吗?他们通过把电卖给电网来做到这一点。这是怎么发生的呢?

迈克尔:我们都知道,电网用的是交流电,所以你需要转换直流电,因为太阳是一个恒定的电源。它不会以50赫兹的频率开关。你只需要一个电子设备将来自太阳的直流电转换成交流电,然后你的微波炉就有了动力。

克里斯-听起来已经成定局了。我的意思是,你在人们屋顶上看到的这些面板有多好?他们将多少能量转化为可以使用和出售的电力?

迈克尔:所以,你在人们屋顶上看到的大约90%的太阳能电池板是由硅制成的。这些都很不错。人们在这方面已经研究了20年了,现在已经接近20%了。也许最…

克里斯:所以当你说它们接近20%的时候,你的意思是,撞击它们的能量中,大约20%转化为有用的电能。

迈克尔-对,没错。

那剩下的80%怎么办?

Michael:我研究的很多东西,提高太阳能材料效率的目标就是提高这个数字。但是有一个基本的限制。你能得到的最有效的单层太阳能电池板是基于热力学的,那只是在看能量守恒的原理你输入的能量必须等于你输出的能量30%是我们谈论的数字。这是上限。当然,你可以通过把太阳能电池叠在一起或者集中照射到它们身上的光来提高效率。

克里斯-那么,跟我们说说你面前的这个小演示吧。

迈克尔:这个太阳能电池板基本上是由塑料制成的。这是活性物质。如果我把它放在离灯很近的地方,它会发出非常烦人的嗡嗡声,这对广播来说是完美的。所以,我把它举起来,离屋顶上模拟太阳的灯很近它连着这个令人沮丧的小蜂鸣器。同时你可以看到,我可以弯曲太阳能板。它真的很薄。它真的很轻,因为它是由电活性聚合物制成的——塑料而不是……

克里斯-所以,这和你在屋顶上看到的不一样。

迈克尔:这就是我们在实验室里研究的,不同类型的材料。

克里斯:所以,你在尝试重新发明目前人们屋顶上的东西,制造更薄、更便宜、更轻的材料。

迈克尔-是的。我们不一定要取代人们屋顶上的东西。我们或许可以在硅上涂上一层非常便宜的涂层,从而提高它们的效率。事实上,这在过去的几年里已经发生了,但是有很多更便宜的用途,也许没有那么有效,但是更便宜,更轻的太阳能。这对发展中国家非常有用。例如,仍有10亿人没有电网,没有主电源。如果我们能给他们提供便宜的东西,即使掉在地上也不会坏,那真是件好事。

克里斯:谁有关于太阳能电池板的问题,太阳能电池是如何工作的?

乔治-我叫乔治,来自伊利。我只是想知道你怎么能把太阳能电池做成一种材料。

迈克尔:基本上,太阳能电池的组成需要两个电触点,所以它们将由金属制成。我们的方法是,我们从一块玻璃开始,然后我们有一种透明的金属导体,然后我们——因为我们使用的材料不需要极端的加工,我们就把它们喷上去。我们可以把这些材料喷出来然后在另一个金属接触处蒸发。

克里斯-这种可以直接喷上去的东西的配方是什么?

迈克尔:嗯,所以你可以做很多事情。我今天读了一篇文章,有一个人一直在收集鲑鱼精子用于led, led就像太阳能电池一样,太阳能电池将光子转化为电子,也就是电能。LED会把电转换成光子。但在我们的实验室里,我们使用聚合物,塑料。我们也一直在研究一种叫做钙钛矿太阳能电池的新型材料。

克里斯-是的,这引起了很多关注,不是吗?有什么特别的吗?

迈克尔:基本上,他们拥有聚合物太阳能电池的所有优点。它们便宜又灵活,你可以直接把它们喷上去。你不需要像培育硅晶体那样煞费苦心地培育它们。而且它们的效率也很高。

克里斯:那么,你能不能有一种涂料,可以把它涂在墙上,把你的花园栅栏变成太阳能电池?

迈克尔:人们总是问如何给太阳能电池上色,但你也需要电极。所以,这并不像……

克里斯-也许是墙纸之类的东西。

Michael:牛津光电公司已经在钙钛矿方面做了另一项研究。他们正在研究集成光伏。所以,这意味着摩天大楼上的所有玻璃都可以有一层薄薄的半透明太阳能电池板,这样,它们就可以在你工作的时候发电。

克里斯-当你在对街对面的建筑进行电击时,就像去年夏天在伦敦发生的那样,对吗?

迈克尔-是的。

霍莉-我是霍莉。我在英格兰到处都看到了很多太阳能电池板,但总是阴天。它们还能用吗?

迈克尔-是的,他们有。我们正在研究的新型材料实际上比晶体和硅材料在弱光下工作得更好。但很明显,有些地方比英国更适合使用太阳能。是的,太阳能电池板可以在低光照下工作,但不是特别好。

威尔-你好。我是来自Swavesey的Will,我想知道,细胞的颜色会改变它吸收的光量吗?

迈克尔:是的,这是一个非常好的问题。理想的太阳能电池是黑色的,因为它能吸收所有可见光谱中的光,但你也可以制造各种不同颜色的太阳能电池。但是一个透明的太阳能电池可以让我们的眼睛看到所有的光,它的效率不如那些收集光的东西。你可以制造吸收红外线的透明太阳能电池。所以,这些是我们的眼睛看不到的真正的长波长的光,但它们的效率不是很高。

克里斯-所以,就让他们成为太阳能电池板领域的福特t型车吧。只要是黑色的,你喜欢什么颜色都行。

迈克尔:没错。

德怀特-我是德怀特。我也是伊利人。为什么太阳能电池会磨损,为什么一段时间后你必须更换它们?

迈克尔:这也是一个非常好的问题。在一个活跃的研究领域,有很多原因。大多数太阳能电池,我们都试图封装以保护它们不受外界因素的影响。通常,如果封装失败,那么太阳能电池就会磨损。以硅为例,这些太阳能电池可以使用20年以上。造成这种情况的原因多种多样。这可能是由于氧气降解或水,或者可能,在实际材料失效之前,与之相关的电子设备也会失效。

安东尼-你好。我是来自剑桥的安东尼。我在想,一块太阳能电池板需要多长时间才能产生和制造它一样多的能量?

Michael -再一次,类似于风能的问题,太阳能电池板的能源回报时间显然因地点而异。如果是在阳光充足的地方,那么能源回报时间实际上会非常短,能源回报时间会按时下降,但我听说,不到一年,就可以。但是如果你把它放在一个多云的地方,你用来制造这个东西的能量——如果你没有很有效地制造它,那么能量的回报时间就会更长一点。

克里斯-你面前那个看起来像个巨大的东西是什么?

迈克尔:这是一个巨大的聚合物太阳能电池板。把它卷在这里是因为它很好地展示了一个事实,你可以像打印报纸一样打印这些太阳能电池,这就是我们的目标。这就是让它们便宜很多的原因。我还得到了——前面写着——你看到的是世界上第一个可弯曲的彩色塑料显示屏。这是Plastic Logic公司的产品,它是我小组里一位教授的衍生公司,基本上,它是一种灵活的电子阅读器,就像你可以想象你的Kindle是彩色的,你可以弯曲它。

克里斯-我是说,很方便,因为我最近旅行的时候,海关的人对我的Kindle这样做了。它对它不太友好。你叫什么名字?

马尔科姆-我叫马尔科姆,来自朗斯坦顿。所以,太阳能电池板的颜色越深,意味着它吸收的阳光越多,产生的电力也就越多。

迈克尔-是的,简而言之就是这样。

梧桐槭(pseudoplatanus Acer)

26:44 -人工光合作用

植物从阳光中产生能量的效率非常高。现在,研究人员正试图以同样的方式捕获阳光来制造氢。

人工光合作用
剑桥大学的欧文·赖斯纳博士

许多人同意氢是未来的燃料之一。它不会释放枫叶当使用时,污染物可以从水中产生。然而,目前,将水分解成氢和氧需要大量的能量。许多科学家正在寻找更便宜、更环保的从水中生产氢的方法。其中一位是来自剑桥大学的欧文·赖斯纳博士,他向克里斯·史密斯解释了他是如何利用阳光来驱动这一过程的。

金妮·史密斯和戴夫·安塞尔也尝试将水分解成氢气和氧气,并取得了爆炸性的结果!

欧文:我们想做的是生产一种可再生燃料,比如氢。所以,我认为这可以被看作是光伏研究的延伸,我们用太阳能电池板,而不是发电,我们只是试图直接从水中产生氢气。简而言之,你有水,你用光照射它,氢就出来了。氢是一种非常有趣的化学物质,因为它富含能量,它是一种燃料,我们可以储存和运输它。

克里斯-这是怎么回事?你是怎么把水分开的?

欧文:所以基本上,我们听说第一部分很大程度上受到了光伏研究的启发。所以,我们需要一种吸收光的材料,我们基本上可以收集光子,就像我们听说的那样,然后不再产生电能,而是直接把能量传递给催化剂。催化剂是一种促进化学反应的物质。我们用的催化剂是一种从水中提取氢的催化剂。从本质上讲,是的,我们是物理学,当我们谈论燃料时,我们需要一些化学。这是我的专长,也是我们尝试制造燃料电池的原因。氢只是一个例子。我们可以用液体燃料来代替化石燃料,用各种各样的可能性来代替液体燃料。

Chris -所以,你会有一种可以接触到水的材料。它可以把水分解成氢和氧。你怎么把能量找回来?你会怎么处理氢呢?

欧文:氢气需要储存起来。现在,你要做的就是把氢抽出来压缩,然后储存,然后运输。或者直接将其转化为液体燃料。这是另一种可能性。因此,氢可以通过现有的工业流程转化为各种液体。目前是在百万吨规模下完成的…

克里斯-不过他们并不危险。我的意思是,兴登堡号并没有倒下,好吧,它确实倒下了,这就是问题所在,但从化学和工程的角度来看,它并不是一个成功的故事,不是吗?氢不是有一点危险吗?

欧文:是的,氢气是爆炸性的,这是肯定的,但实际上天然气和汽油也是非常危险和爆炸性的。所以,我认为我们绝对有技术来处理氢气作为一种气体,它并不比我们目前实际处理的其他形式的燃料更危险。

克里斯:在我们进一步了解这项技术之前,我想我们应该多了解一下氢。金妮和戴夫……

金妮:那么,我们实际上要看一种更传统的从水中提取氢的方法。水是H2O,也就是说它是由氢和氧组成的。所以,如果你想让氢出来,你必须把这些分子分开。那么,我们该怎么做呢?

戴夫:那么,你要怎么做呢?首先,我有一壶水。里面有一点盐叫做硫酸镁。这基本上意味着它的导电性更好,使某些东西工作得更好。我们还有一个电源,它会给这两个螺丝刀施加电压。所以,我要做的是让一个螺丝刀带正电另一个带负电。现在,如果你想到水,它是H2O。氢带一点正电而氧带一点负电。所以,如果你给水施加一个很大的电压,氧就会被吸引到正极而氢就会被吸引到负极。如果你施加足够的电压,就会把这些水分子分开你就会得到气体。

金妮——好了,我们有一个装满液体的小烧杯,你现在要把一个用两个螺丝刀粘在一起的装置放进去。这看起来有点可疑。

戴夫:我们试试。所以,我现在把它打开,一些非常有趣的事情发生了。

金妮-是啊,你能看到发生了什么吗?

男孩-我能看到泡泡。

金妮-你可以看到气泡,没错。这些应该是氢和氧的气泡。

戴夫:没错,就是这个意思。所以,我们会让它们很好地形成一段时间有一个简单的方法来判断它是否可能是氢和氧;我们将试着点燃它,因为我们可以释放我们注入的能量,通过给液体通电,把氢和氧从水中分离出来。如果我们点燃它,氢就会和氧一起燃烧,再次生成水,并释放出大量的能量。

金妮-我们刚刚讨论了氢气的爆炸性和危险性。现在,我们要把其中的一些点燃。

戴夫:听起来是个不错的计划。

金妮-大家都觉得这是个好计划吗?

是的。

金妮:现在,我们在这个小烧杯上已经有了一层很好的泡沫,我可以看到戴夫已经准备好了一盒火柴。我需要回去吗?

戴夫:等一下,好的。它之所以会产生泡沫是因为里面有一些洗洁精可以抓住泡沫,所以它们被很好地困住了。

金妮——因为不然的话,它们就会逃出去,飞到大气层中去,我们就可以放火烧了它们,这应该一点也不好玩。

戴夫-好的,我们开始吧。我会点燃一根火柴,然后把它放在泡沫的那一部分…

金妮——有没有人注意到那声巨响听起来有点奇怪?

小子-听起来像气球爆了。

金妮——听起来确实有点像气球爆开的声音。它发出吱吱的声音,不是吗,这是氢的特征。

戴夫:那是一声非常非常尖锐的爆炸,因为燃烧的不仅仅是氢。它是氢和氧的混合物。如果你把氢和氧混合在一起,它会燃烧得非常快。实际上,如果你的混合物正确,它们燃烧的速度会比音速还快,你会得到所谓的爆炸,这是非常具有破坏性的。如果没有完全混合,就不会发生爆炸。在空气中,它不会很好地爆炸,但是,你会听到非常非常强烈的爆炸声。

克里斯-金妮和戴夫,非常感谢你们。(掌声)欧文,大概你的实验不是这样的。

欧文:不,这样更安全。我们展示一下好吗?

Ginny - Erwin,你举了一个如何产生氢的例子。这有点不同,对吧?

欧文:是的,这是一个非常简单的系统,这就是我把它带来的原因。基本上,我想展示的是在试管中,你如何用节能灯泡产生一些氢,这些灯泡不是很有能量。

金妮——我们需要很大的力量才能把混合物分离出来。这样做会消耗更少的能量。

欧文:我会尽力的。本质上,我们这里的,其实就是pH为7的水和缓冲液。这没什么不寻常的。我们用移液管快速移出,你可以看到正常的水,它是完全透明的。这意味着如果你想用这种混合物产生氢,这是非常糟糕的,因为没有光被吸收。这就是为什么它是透明的。

金妮:所以,我们需要吸收光的能量来分解水,透明的东西不太能吸收光。

欧文:没错。所以我把染料带来了。你可以看到深红色实际上,我只是取了一点。它只是一种有机光吸收剂。它给了一些颜色。

金妮-好了,现在,它变成了鲜红色。

欧文:对,没错。实际上,这种染料会吸收光,但是我们还没有我之前提到的催化剂。所以,目前,我们吸收了光,但还不足以产生氢。所以,我们真的需要这种催化剂,这种物质可以帮助和促进氢的进化。

金妮:催化剂就是在反应中使用的某种物质,它可以帮助其他物质产生,但本身不会被消耗掉。

欧文:没错。这种催化剂是我们在实验室研发的。

金妮-所以,这意味着你可以反复使用同样的催化剂,只是加更多的水。

欧文:如果我们有一个非常好的催化剂,是的,但目前,它们还不存在,除了它们非常非常昂贵,就像铂一样。但这是一种非常便宜的材料,一种非常便宜的催化剂。目前,它们的效率还不足以运行很长时间。所以现在,我所能做的就是摇晃它。

金妮——现在是漂亮的亮橙色了。它看起来就像在发光。

欧文:是的,确实如此。我现在要做的是,把它放在后面可能要花几分钟时间然后我们会看到氢的形成。

金妮:那么,你要把它放在灯光下,这样才能有效地,你通常会在阳光下做这件事,但现在是晚上,我们在室内。所以,我们要把它放在一盏灯旁边。我们基本上是在作弊。然后我们会回到那个…

克里斯:你怎么知道氢气已经被制造出来了?

欧文:本质上,我们也可以把它点燃或者使用化学实验室的分析设备。我们确切地知道正在形成什么气体。

金妮——把它烧了听起来更有趣。

欧文:没错,我同意。

克里斯-我们一会再回到这个话题。所以,告诉我们更多关于你是如何工作的?最终的目标是,这样我们就有办法将充足的阳光转化为氢的供应。

欧文:是的,这就是我的想法。目前,与风能技术或太阳能电池相比,这是一个非常新的研究方向,这意味着我们目前还没有商业应用。所以,这些都是目前提出的建议,但要真正将其推向市场还需要相当长的时间。

克里斯:它只是可见光还是可以利用热量?所以,如果我们用一个产生大量热量的废弃工业过程或者一个数据中心。我的意思是,一项统计数据显示,运行互联网的数据中心向天空释放的热量比他们在空调中运行数据中心实际使用的热量还要多。而且,它们比航空业排放更多的二氧化碳。那么,我们能用这项技术将废热转化为其他东西吗?

欧文:是的。热能当然是非常有趣的,我认为未来应该得到更多的应用,但我们只关注太阳能技术。如果你使用太阳能技术,要么你像我们的系统一样在室温下运行要么你使用太阳能热方法,本质上你也使用热量,使用太阳能浓缩物,你在1000摄氏度以上的温度下工作,也以这种方式生产燃料。

Chris -谁有关于氢是如何工作的问题要问Erwin ?

布莱恩-你好。我是来自剑桥的布莱恩。我的问题是,我们之前听说太阳能电池板将大约20%的太阳能转化为电能。当你产生氢的时候,有多少能量被转移了呢?

欧文:目前,根据技术的不同,我们有两种方法。要么我们直接转换能量,这意味着阳光直接转化为燃料。这样,记录效率约为13%。但这些都是用非常昂贵的材料实现的,而且有效地说,系统不会持续很长时间。一种间接的方法是将太阳能电池和电解质系统结合起来,就像我们之前看到的那样。有了这样的技术,我们可以很容易地在工业规模上达到15%到20%甚至30%。

詹姆斯-你好。我叫詹姆斯。我来自美国。你说这项技术是新的。然而,你们希望这项技术有什么样的商业应用,你们在实现这一目标的过程中遇到了哪些障碍?

欧文:主要的障碍本质上是——有几个——但目前的主要问题是化石燃料生产氢的廉价价格。所以目前,我们看到的所有可能很有趣的氢实际上都是不可再生的氢。我们可能会看到到处都是绿色氢燃料巴士,但这些氢都是通过化石燃料的工业过程生产的。目前,这种氢气的生产成本比任何可再生形式的氢气都要低一个数量级。所以目前,真正让我们失望的是来自化石燃料的氢的成本非常低。

乔-你好。是乔。我的问题是,我们能不能用脏水或海水来生产氢气,因为在这个世界上,我们已经很缺乏纯净水了?

欧文:是的,这当然是可行的,人们已经证明这是可能的。所以本质上,对于海水,我们主要处理的是高盐水,充满了氯化钠。但原则上,没有什么能阻止你利用海水再生氢气。事实上,它甚至可能有帮助,因为水中已经有电解质了。

克里斯-这是什么意思?

电解质在水溶液中只是一种导体。例如,如果你想电解水,你需要电解质中的导体。

金妮——所以,我们在这里的演示中增加了一个,以便使它更好地携带电荷。所以实际上,如果你用这种电解方法来分解它,用海水可能会更好。事实上,如果用纯净水的话,它的工作速度非常非常慢。

戴夫:电解海水唯一的缺点是在另一端产生的不是氧气,而是氯,这是一种化学武器,所以你必须小心。

金妮-我们今晚决定不去了。

欧文氯也是目前工业生产的。它是一种很容易得到的化学物质,所以我们甚至可以用这种方法来生产可再生的氯。

克里斯:你的催化分解水进行得怎么样了?你过得怎么样?

欧文:好的,现在,我们已经产生了第一批氢气气泡我很高兴和金妮分享这个例子。是的,就像我说的轻轻地,我们的光源很弱…

克里斯-温柔点,他温柔地说-这是因为它是爆炸性的吗?

金妮——你能看见吗?

欧文:不。

金妮——出现了一些气泡。试管底部的是什么?

这是来自水的氢。

金妮-有个白色的小东西。

欧文-这是搅拌浴。这只是为了搅拌溶液。

金妮-好的,底部有东西搅拌你可以看到,我们形成了氢气的小气泡。

欧文:是啊,泡泡会在搅拌浴时积聚起来。

金妮-好吧,如果戴夫拿着它转一圈,你应该能看到——没有多少。我认为我们的更令人印象深刻,但你确实用了光,我们必须使用非常高的电压才能得到那么多。

克里斯:你是在尝试有效地重建光合作用吗?我的意思是,植物非常擅长从太阳那里收集能量,并将其转化为一种化学形式的能量,它们可以在植物的其他地方使用,或者以糖转化为淀粉的形式储存起来。所以,这就是你在做的事情吗?

欧文:没错。所以实际上,我们确实在研究自然光合作用,试图从中学习并模仿这个过程。这个领域实际上被称为人工光合作用。所以,我们尝试用化学,材料化学来模仿光合作用的过程。

电

40:02 -强烈的震动

从过往车辆、行人甚至你的血液流动中收集能量的微型传感器可能有一天会为你体内的传感器供电……

强大的振动
剑桥大学的Sohini Kar-Narayan博士

压电材料在改变形状时会产生电流,电通常是被挤压或撞击。来自剑桥大学的Sohini Kar-Narayan博士致力于纳米级压电技术的研究,这种技术足够敏感,可以对从环境中获取的微小振动做出反应。输出功率很小,但足以为衣服上、环境中甚至嵌入体内的微型传感器供电。Sohini告诉Chris Smith,这种技术可以通过你的心跳来驱动血糖探测器,或者仅仅通过汽车驶过时的振动来驱动房间里的温度传感器。

另外,戴夫安塞尔测试他自己的压电晶体,他在家里!

Sohini:你听说过生产大能源和寻找大能源解决方案。我在光谱的另一端工作,寻找小的能源解决方案。特别是,我正在考虑从我们的环境中收集能量来为不需要很多能量的设备供电。你可能会想,小功率应该容易得多,但事实并非如此,因为随着设备尺寸的缩小,你通常使用的电池,例如为它们供电,它们不能完全跟上。因此,为了使这项技术进步,我们需要寻找替代能源。这是压电材料。压电材料是一类特殊的材料,当你扭曲它们的形状时,基本上,字面上,当你挤压它们时,它们会产生电荷,然后你可以通过电路访问它。反之亦然。你可以把电燃料加到压电材料上,它就会改变形状。

克里斯:这就是你钟表里的水晶计时的方式吗?

Sohini -当然,甚至你的麦克风的工作方式,它基本上是从声音转换振动。

克里斯-打火机,烧烤打火机。

Sohini -当然,是的。

克里斯-所以,挤压晶体。

Sohini -没错,本质上是为了产生电压。

克里斯-为什么会这样?如果我挤压一个晶体,为什么挤压晶体会产生一些电呢?

Sohini -所以,某些晶体可以被认为是由电荷组成的,这些电荷在它们内部是分开的,我们称之为偶极子。想象一个带正电荷和负电荷的晶体。本质上,当你挤压它的时候,你改变了正电荷和负电荷的位置。所以本质上,你可以想象你在表面上产生了更多的电荷我想Ginny已经演示过了。

金妮-是的,我们今天下午一直在想这件事我们认为这是一件很难想象的事情。所以,我们想出了一个你在家也能想象得到的方法。好的,我们这里有一个枕套你可以想象这就像晶体里的一个分子。所以,我要让戴夫握住枕套的一端,他需要握住另一端。

戴夫:那么,真正的晶体将由数以百万计的这样的晶体组成,它们彼此相邻排列,并在每个可能的方向堆叠。

金妮——那么,如果你把枕套拉紧——现在,我们这里有一个带加号的乒乓球。所以这是一个正电荷。所以,如果你想象我们的分子的正电荷在一边,像这样,那么如果我们通过移动你的手来改变晶体的形状…它掉下来了。但是你可以看到,如果你带…

戴夫:所以,它的侧面压扁了它,乒乓球正朝它滚去。所以,我们朝着观众的方向压扁了乒乓球的方向。如果我们压扁另一边,乒乓球就会移动。

金妮:那么,你可以想象一下,如果晶体中的每个分子都在同一个方向上被压扁,那么电荷就会从晶体的一边移动到另一边。

戴夫:所以,如果你想象一下,每个分子都有一点电荷从一边移动到另一边然后下一个分子,同样的一点移动,同样的一点移动。所以总的来说,电荷可以有效地从晶体的一边移动到另一边。那块是相当大的电压,你可以用它产生火花的气体打火机。

克里斯-如果你从晶体上取下电压,那么这些电荷就会像在烧烤打火机里一样在电路中流动,这不是会让晶体失去电荷吗?

戴夫-然后如果你让晶体松弛电荷就会向另一个方向流动然后你就有了第二个火花因为当你压碎晶体的时候会有一个火花当你打开晶体的时候电流会向另一个方向流动会有另一个火花。

Chris: Sohini,你是说这是一种我们可以利用它来提取能量的方法,否则我们会把这些能量浪费在环境中。

Sohini,我是说,这才是关键。这是我们可以获得的能量。它被广泛使用。它几乎无处不在。你可能总是处在震源附近。所以,这似乎是一个很好的开始。我需要强调的是,我们试图利用或收获的能量实际上是非常小的。但这很重要,因为如果你想到小能量的应用,它们真的是无限的。所以,你可能听说过的一件大事是物联网,它本质上是通过传感器将所有东西连接起来。

克里斯:前几天有人告诉我们,他在网上买了一个慢炖锅,他说他发现他可以在工作时拨打电话打开慢炖锅。

Sohini -没错。

克里斯-但后来他发现每个人的慢炖锅的登录名和密码都是一样的。然后他说:“我可以毁掉别人的炖牛肉,只要我知道在哪能找到它。”

Sohini -没错。我的意思是,说实话,物联网有很多安全问题,但这可能是一个有待讨论的问题。

Chris -但问题是,你怎么给他们供电?

Sohini:没错,关键是,你可以从两个角度来看待能源危机。我们正在耗尽化石燃料,我们需要寻找可再生能源。因此,一种方法是寻找生产能源的新方法,另一种方法是努力节约能源。所以,我试图收集的能量不一定会照亮这座建筑,但它可以照亮这座建筑中数百万个传感器,这样你就可以节省高达30%的电力,这听起来很划算。

克里斯:那么,这是不是说,气流从某个东西上飘过或者如果你这么做了,在灯泡上,你可以在灯泡附近得到气流,因为它很热。你可能会有振动什么的。

Sohini:当然可以。就像我说的,这些是无处不在的。所以,你可以想象把它贴在洗衣机上。它开着的时候会振动。

克里斯-所以,任何运动的东西,你都可以从中获得能量。

Sohini -是的,包括你自己。我的意思是,我认为这仍然有点遥远,但原则上,如果你能大规模生产这些设备,如果你能把它集成到你的衣服上,这是很有可能的。当你走路的时候,当你移动的时候,你可以产生足够的电来给你的手机充电。

克里斯-那样走路会很困难吗?

Sohini:正如我所说,压电材料已经存在很长时间了,通常,研究都集中在笨重的陶瓷晶体上,就像你说的那样,很难移动。我的研究方向是纳米压电材料。我们正在研究非常少量的这些材料,我们的想法是它们应该能够融入环境,融入你的衣服,并且在所有实际用途中几乎是隐形的。所以你不会意识到它们的存在,但它们在不断地收集能量。

金妮:那么,我们实际上有一个戴夫昨天做的超大体积压电晶体的例子。真让人印象深刻,戴夫。你是怎么做这个的?

戴夫-我基本上是用酒石做的如果你把它加热溶解,它就是一种酸然后我把它和碳酸钠反应。我花了大约3个小时小心地将两者混合在一起,最终,溶液变得清晰。我让它冷却一晚上,你就会得到这些非常漂亮的大晶体。

金妮:所以,它们看起来有点像一个巨大的盐晶体。你可以在侧面看到一些漂亮的几何图形。

戴夫:因为晶体是由很多很多酸和分子排列成一个非常有组织的形状。一遍又一遍地重复。你能看到边缘的原因是如果你有几十亿个这样的物体在一起的话,它会在很大的范围内被放大。你会得到这些尖锐的形状,因为这是下面基本晶体的形状。

金妮——那么,我们该怎么办?我不确定我相信那些是压电的。它们在我看来就像水晶。

戴夫:我花了一段时间才说服自己,但现在,我相当肯定他们是。我做的是,它有点脆弱,所以我把它放在这里。我把一个放在虎钳里,我把两个锡纸电极连接到这个晶体上,我把它连接到一个音频放大器上,然后把它连接到扬声器上。

金妮:那么,这个副钳就是用来固定住它并固定住连接在上面的电极。

戴夫:是的,我们的想法是,任何产生的电信号都会被放大器放大,然后变成你能听到的声音。

金妮——让我们试一试,好吗?

戴夫:所以实际上,我做了一个非常非常垃圾的麦克风。通过更好的工程技术,你可以生产出一个完美的麦克风,实际上,很多便宜的麦克风都是这样做的。

Chris -但关键是,你在挤压晶体,在晶体上施加一个力,就像你说的,移动电荷,使它们流向电极,流向放大器,我们听到的咔嗒声,是电流从晶体中涌出的浪涌。

戴夫:完全正确。

金妮:但是我们在那里没有产生很多电,而且它是一个相当大的晶体。

戴夫:所以,诀窍是a,如果你能把晶体再弯曲一点,你就会得到更多的电压。而且,如果你使用更好的材料,我认为这就是你在那里所做的。

克里斯-你的更好吗?

Sohini -我想是的。事实上,许多关于压电材料的研究都与陶瓷有关。戴夫刚刚给你们展示的是一种陶瓷材料当你想到陶瓷时,脑海中浮现的画面是它们很脆,很硬,这正是问题所在。我们说的是一种能量收集器,它可以承受反复的振动,或者加热,你可以这样想。所以,重要的是这种材料能够承受这种程度的冲击。陶瓷材料的问题是它们很硬,因此,它们很容易发生机械故障。因此,我研究的是压电聚合物,这是一种研究较少的材料。但它们非常有趣,因为它们是聚合物,它们是柔性的,这意味着它们可以承受更多的击打和撞击。与陶瓷相比,它们有几个优点。例如,它们实际上相对便宜且易于制造,如果你想制造商业设备,这一点很重要。

他们会产生多少电?

Sohini -所以,有了这些纳米发电机,我们看到的是在10纳瓦到1微瓦之间的任何地方,我知道这听起来不是很多,但是现在很多无线传感器,它们的功耗也在下降。所以,它可能足以为这些设备供电。你需要记住的另一件事是,很多这些设备并不需要一直开着。所以,想象一下在你体内植入一个血糖监测器。你不需要每秒钟读取你的葡萄糖。我是说,你可能想这么做,但可能没必要。但是你可能能够产生足够的能量,只要你的血液流过这些纳米发电机中的一个,每六个小时发出一个信号,这就是你真正需要的。

克里斯-你离这儿有多远?你真的能用这个吗?

Sohini:那么,我可以给你们展示我带来的一个设备,希望它能起作用。如果我把它举起来,你看到的这个小圆圈由大约100亿个压电聚合物纳米线组成。

克里斯:为了方便在家的人,我们得到了一些东西,大约2英寸长,1英寸宽的玻璃幻灯片。中间的圆是什么?

Sohini -圆圈是装置。这个圆的直径大概是2厘米。它大约有60微米厚,这意味着它和你的头发一样厚。就像我说的,它被这些压电聚合物纳米线包裹着。如果我能让它工作,它应该对我的触摸做出反应,这表明它产生了电压。

克里斯:在盒子的顶部,我们有很多红色的小led灯,只要你一碰它,它们就会亮起来。

Sohini -没错。

克里斯-它们都是由你驱动的,触摸设备并按下它。

Sohini -所以,这实际上是一个指示,你产生了一些电压,它对我触摸的程度很敏感。轻拍一下就可以了。用力一推就能达到这个效果。所以,是的,他们非常敏感。

克里斯-所以,这就像世界上最强壮的人的比赛,你必须用一把大锤来砸东西,但是是针对显微镜下的人。

Sohini -差不多吧,但公平地说,对于那个特殊的设备,你需要轻敲它,不太用力,大约20分钟就能产生足够的电力来驱动LED。所以,坐在那里敲20分钟听起来不太令人兴奋。但关键是,如果你能提高生产水平,如果你能制造更多这样的产品,并将它们串联起来,那么你就能把时间缩短很多。这才是我们真正的目标——能够以廉价、可复制和可靠的方式制造出大量这样的产品。

Chris -有问题吗?

马尔科姆-我叫马尔科姆,来自朗斯坦顿。为什么你不能在按钮上放一个重物,让它保持大约20分钟来给LED供电呢?

Sohini:这是一个非常好的问题,我将带你回到金妮和戴夫刚刚做的演示。关键是,如果你留下砝码,是的,你会产生一些电荷,但仅此而已。为了使电流在电路中流动,你需要能够在很长一段时间内重复这样做。因此,通过在材料上来回移动,就产生了所谓的交流电。然后你可以纠正它,用它来驱动一些东西。但是在那里留下一些东西只会产生一个电流尖峰,仅此而已。但是你想要这个重复工作。

我是来自剑桥的Jasmine。你能做的最小的触碰是什么?比如,什么设备可以轻轻触摸,而且效果很好?

Sohini:你刚才看到的这些压电材料,它们对触摸非常敏感,而纳米压电材料对很小的力非常敏感。实际上,我们正在研究应用,你可以把这些东西放入生物样本中,这样你就可以检测细胞运动。所以,非常非常小的力,你甚至不会意识到,这些力可以把它们捡起来。是的,答案是,非常小的力如果我应该给它一个数字,我们讨论的是皮牛顿或更小的尺度。

克里斯-所以,非常小。

Sohini -很小,是的。

Chris -还有问题要问Sohini吗?

罗文,剑桥大学的罗文。所以,有了这种材料,你几乎可以在任何电子设备中使用它。当一个设备像衣服等一样完成后,从一个设备回收到另一个设备有多容易?

Sohini -这又是一个非常好的问题。我认为这种发电机的缺点之一是它依赖于实际的振动源,而振动源在本质上是间歇性的。所以很明显,如果你的鞋子里有一个这样的东西,你就不会整天以同样的速度走路。因此,将其移动到不同的应用程序中可能不会是微不足道的。所以,我想说,这些纳米发电机的设计需要考虑到特定的应用。

霍莉-我是霍莉,来自佛罗里达。人们每天都使用电话。你们能把这些东西放到手机屏幕上吗?

Sohini:事实上,我认为有一个类似的原型正在开发中,你可以把它放在键盘的后面,因为当你疯狂地打字时,你可以使用这种能量。它的美妙之处在于你可以将它与任何东西相结合。是的,我可以看到在触摸屏上的应用,你可以通过滑动或点击获取能量。

戴夫:我想手机在变得非常有用之前必须要提高效率,因为它们现在使用的是瓦特,而不是微瓦。

Sohini -没错。抱歉,所以是的,所以我应该说,你从中得到的能量仍然是有限的,因为没有那么多的能量可以收获。所以,这可能会给你的手机提供一个功能,但不一定会给你的手机充电。话虽如此,正如你正确指出的那样,我们正处于一个非常独特的阶段,现代电子产品的功耗已经降低到这样的程度,现在可以慢慢地从我们环境中的振动中获得动力。所以,谁知道呢?也许有一天。

克里斯:那么,如果你能拥有一个神奇的设备,你会选择什么?

Sohini -天哪!我能马上想到很多,但我对生物医学应用真的很感兴趣。所以,微小的可植入的传感器,它可以在你的血管中流动,然后它可以提供关于你的血压,体温等重要信息。我认为这将对医疗保健产生巨大影响。

Ginny:我收到了一个来自社交媒体的问题,Steven Pates问:“英国如何才能100%实现能源自给自足?”所以,他希望我们不要进口石油,煤炭,什么都不要。所以,我认为这是整个小组的问题。你认为这在未来会发生吗?还有多远?谁想先说,理查德?

理查德:我今天跟别人说,不信任法国人的代价是什么?如果我们不依赖对法国的进口和出口,我们将在额外的装备上花费很多钱。所以实际上,我认为100%的能源销售效率不是一个好的目标。我认为我们应该与邻居分享。

金妮——但是你认为如果我们想要或者不得不这样做的话,会有可能吗?

当然,但这可能不是最便宜的解决方案。

Sohini—我认为随着我们走向未来,节能将变得更加重要。同时,随着越来越多的城市建设,拥有智能环境的概念将从根本上减少你所能想到的从资源管理到垃圾收集的几乎所有事情的能源消耗。所以,如果你在环境中有很多传感器,它们可以更有效地相互沟通,同时,使能源使用更可持续,然后这将产生影响。

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