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　余熱再利用或許會(huì)成為新能源家族的又一個(gè)新成員。

古時(shí)候，當(dāng)出航的水手們被困在無(wú)風(fēng)的海面上時(shí)，他們總會(huì)發(fā)出這樣的哀嘆：“水，到處都是水，卻沒(méi)有一滴能解渴”。進(jìn)入現(xiàn)代社會(huì)，我們似乎也在面臨類似的窘境：人類四圍的環(huán)境中充滿豐富的能量：風(fēng)、陽(yáng)光、潮汐和熱，但目前卻難以被人類輕易利用。近些年來(lái)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池板等獵取可再生能源的裝備得到快速發(fā)展的同時(shí)，也有不少科學(xué)家在研究如何回收利用大氣中無(wú)處不在的熱量，試圖讓這些時(shí)刻產(chǎn)生、但卻被人類忽略的能量為人類所用。

　　可利用廢熱隨處可見(jiàn)

在一些領(lǐng)域，人們已經(jīng)開(kāi)始嘗試用簡(jiǎn)單的方法利用“廢”熱，例如用仍有較高溫度的廢水為地?zé)崛∨�或融化私家車道上的結(jié)冰。“熱電聯(lián)動(dòng)”電廠則更為高級(jí)一些，即在發(fā)電的同時(shí)利用余熱為附近的住戶供暖。在工業(yè)生產(chǎn)中，鍋爐和大型制冷設(shè)備產(chǎn)生的余熱有時(shí)也被回收用于其它地方，以降低供熱成本。國(guó)外部分環(huán)保意識(shí)強(qiáng)烈的人士已開(kāi)始在家中安裝“空氣源熱泵”，利用從室外空氣中提取的熱量保持室內(nèi)的溫度。

如果說(shuō)這些嘗試只是“小打小鬧”，那么美國(guó)印第安納州圣母大學(xué)的電腦專家保羅·布雷納則是在“動(dòng)真格”的。眼下電腦已經(jīng)非常普及，每個(gè)人都能切身體會(huì)到電腦運(yùn)行時(shí)排氣孔散發(fā)出的熱量。為了讓電腦正常運(yùn)轉(zhuǎn)，這些熱量必須通過(guò)風(fēng)扇等散熱設(shè)備排出，而風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)同樣需要耗費(fèi)電力。隨著電腦性能的提升，散熱的用電需求也同步增長(zhǎng)。據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，到2011年，全美在服務(wù)器供電和冷卻上的花費(fèi)將從2006年的45億美元增長(zhǎng)到74億美元。如果能將這些對(duì)電腦而言毫無(wú)用處的熱量再利用，顯然能夠大幅節(jié)約成本。

布雷納和他的研究團(tuán)隊(duì)正在嘗試讓計(jì)算機(jī)散發(fā)的余熱成為室內(nèi)采暖系統(tǒng)的一部分。為了驗(yàn)證這一構(gòu)想是否可行，他們?cè)谑ツ复髮W(xué)一間閑置的辦公室內(nèi)架設(shè)了若干臺(tái)服務(wù)器，服務(wù)器的另一端連接著校園機(jī)房中用于大數(shù)據(jù)量計(jì)算的主電腦上。當(dāng)辦公室內(nèi)的溫度偏低時(shí)，服務(wù)器便會(huì)向計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào)，要求后者啟動(dòng)該服務(wù)器進(jìn)行工作；一旦房間溫度上升到一定區(qū)間時(shí)，就會(huì)再次發(fā)出信號(hào)，暫停使用服務(wù)器。實(shí)驗(yàn)證明布雷納的設(shè)想是可行的，房間始終保持著舒適的溫度，熱量的來(lái)源并不是空調(diào)，而是服務(wù)器散發(fā)出的廢熱。

現(xiàn)在布雷納已將這一技術(shù)運(yùn)用在了圣母大學(xué)的植物園內(nèi)。通過(guò)4個(gè)服務(wù)器機(jī)柜，植物園溫室的溫度得到了保證，與之相對(duì)應(yīng)的是，圣母大學(xué)每年因此節(jié)省了3.8萬(wàn)美元的服務(wù)器冷卻費(fèi)用，同時(shí)植物園的燃?xì)赓M(fèi)支出減少了1.56萬(wàn)美元。

　　余熱發(fā)電是終極應(yīng)用

布雷納的創(chuàng)意雖然取得了成功，但與自然界海量的余熱相比，植物園的應(yīng)用規(guī)模實(shí)在太小。我們知道，電是能源最理想的傳輸方式，將余熱轉(zhuǎn)換為電能才是終極應(yīng)用。目前美國(guó)愛(ài)荷華州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室正在進(jìn)行這方面的研究。通常這種熱電轉(zhuǎn)化需要通過(guò)熱電偶實(shí)現(xiàn)的，熱電偶是一種被廣泛應(yīng)用的溫度傳感器，由兩層不同的金屬構(gòu)成，當(dāng)其中一層比另一層溫度高時(shí)，兩層金屬間就會(huì)產(chǎn)生電流。但愛(ài)荷華州國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家史蒂芬·諾瓦克、戴爾·科特則正在研究一種更加新奇的方法——使用一種由黃金或鎳鉻合金為材料制成的、被稱為“納米天線”的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換。

物體受熱時(shí)會(huì)散發(fā)出紅外射線，黃金或鎳鉻合金中的電子受到這種輻射便會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。電子振動(dòng)緊接著會(huì)產(chǎn)生可被利用的交變電流。雖然單個(gè)納米天線中生成的電流很小，但大量納米天線組成的陣列就足以產(chǎn)生不小的電量。納米天線本身采用大規(guī)模印壓法工藝制成，在略微加熱的塑料薄片上壓制其基層結(jié)構(gòu)。基層結(jié)構(gòu)成型后，再往壓出的凹槽里涂鍍金屬層。由于只需要涂鍍少量的金屬，所以最終的產(chǎn)品價(jià)格不高，并且具有很好的延展性。

不過(guò)納米天線的實(shí)際應(yīng)用也面臨著一個(gè)難題，即產(chǎn)生的交流電頻率過(guò)高。美國(guó)使用的交流電頻率為60赫茲，而納米天線產(chǎn)生的電流頻率則高達(dá)3000億赫茲。若要使用這種超高頻電流，需要將納米天線與整流器配套使用。但目前市面上的整流器只能應(yīng)付頻率為10億赫茲的電流。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，諾瓦克與他的同事正試驗(yàn)在納米天線中嵌入一個(gè)納米級(jí)別的二極管。二極管是一種只允許電流單向流動(dòng)的元件，經(jīng)過(guò)二極管后，高頻的交流電就變成了易于處理的直流電。研究人員希望增加這一元件后能使他們的余熱利用技術(shù)變得現(xiàn)實(shí)可行。

　　光伏電池的新天地

除了納米天線，另一個(gè)正在探索中的余熱回收方式是利用類似太陽(yáng)能電池板的光伏電池捕捉紅外線。光伏電池的工作原理是通過(guò)一簇簇的光量子將原子中的電子撞擊出來(lái)成為自由電子，這些自由電子接下來(lái)便會(huì)形成電流。光伏電池通常對(duì)光譜中的可見(jiàn)光和紫外線波段的光子最為敏感，但高頻紅外光子也能激發(fā)電流。

然而只有那些運(yùn)動(dòng)方向與發(fā)熱材料表面成近乎完美直角的光子可逃逸材料表面而發(fā)射出來(lái)，其它任何角度的光子在碰到表面時(shí)都會(huì)被反彈回來(lái)。苛刻的條件使得放置在發(fā)熱物體附近的光伏電池每平方厘米只能夠產(chǎn)生大約0.02瓦的電力，而吸收太陽(yáng)光的光伏電池每平方厘米可產(chǎn)生20瓦的電力。

位于美國(guó)波士頓的高科技公司MTPV正試圖解決這一問(wèn)題。MTPV科學(xué)家鮑勃·迪馬特奧領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)，如果將光伏電池放在距碳化硅合金材料的發(fā)熱表面幾百納米遠(yuǎn)的位置，情況就會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)電池與發(fā)熱體間的距離小于合金材料的紅外輻射波長(zhǎng)時(shí)，光子就不會(huì)被材料表面反彈回來(lái)，而是直接進(jìn)入電池內(nèi)。在這種情況下，光伏電池每平方厘米能夠產(chǎn)生5至10瓦的電量。研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用潛力主要集中在要求高溫的行業(yè)中，比如玻璃制造，或在發(fā)電站附近回收廢熱。

除了MTPV，目前美國(guó)麻省理工大學(xué)也在進(jìn)行類似研究。該校研究人員在近期出版的《應(yīng)用物理》上刊文稱，他們改變了電池的設(shè)計(jì)，在普通半導(dǎo)體材料的夾層中加入極細(xì)的金屬絲，使自由電子通過(guò)這些金屬絲聚集和導(dǎo)出，形成電流。雖然這種新元件還處于試驗(yàn)階段，但按照該研究小組計(jì)算，這種元件的熱電轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到每平方厘米100瓦。在科技發(fā)展日新月異的今天，在不遠(yuǎn)的未來(lái)，我們或許會(huì)看到，余熱將成為與太陽(yáng)能、風(fēng)能等并駕齊驅(qū)的又一個(gè)新能源。

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