霍士华：太空可再生能源的代币化

来自太阳的太阳能，通过卫星上的太阳能电池板转化为电能，如气象卫星等民用卫星都使用这种能源。

漂浮在宇宙中的航天器是依靠什么来维持设备的正常运行并与地球保持通讯连接的呢？你可能会说，是太阳能。没错，太阳能的确是航天器的天然能源，在太空中没有大气层的遮挡，航天器获取太阳能的效率要比在地球上高了很多，但太阳能只能为那些运行在地球周围的航天器提供能源，而对于那些朝着太阳系外而去的航天器，便爱莫能助了。

比如1977年发射的旅行者2号，现在它与我们的距离已经超过了200亿公里，在那里充斥着黑暗与寒冷，如果能够从旅行者2号上向后看，那么太阳不过是一个若隐若现的小亮点，它再也没有办法为那些远去的航天器提供能源了。然而宇宙深空才是人类的目标，所以航天器还需要自给自足，那么航天器的能源从何而来呢？就来自于航天器上所搭载的核电池。

核电池，只是听这个名字就会让我们联想到核能，而在地球上，我们获取核能的方式就是可控核裂变，也就是核电站。核裂变过程会产生巨大的能量，而通过控制反应的中子数量便可以将核裂变可控化，这就是核电站的基本原理，那么航天器所使用的核电池是不是也是这么回事呢？完全不是。航天器中的核电池与核裂变并不是一回事，其实核电池只是通俗的叫法，它真正的名字应该是“放射性同位素电池”。

装载在核电池内部的主要物质是一种名为“钚”的放射性元素的同位素，也就是钚238。我们知道，放射性元素由于自身的不稳定，会发生衰变，而衰变简单来讲就是放射性元素释放出一部分粒子并转变为另一种元素的过程，而这个过程会导致质量发生亏损。

根据质能方程E=mc∧2，也就是能量等于质量乘以光速的平方，因为光速取值299792458，所以光速的平方是一个极大的数字，所以只需要微小的质量就可以转化为极高的能量，这就是核裂变与核聚变威力巨大的原因。与裂变反应及聚变反应相同，放射性元素的衰变过程也会出现极其微小的质量亏损，而这些亏损的质量也会以能量的形式被释放出来。就以核电池中所使用的钚238来说吧，它的原子核由94个质子和144个中子所组成，在衰变的过程中会释放出两个质子和两个中子，从而衰变为铀234。而它所减少的质量就会以热量的形式被释放出来。

再生能源有：

1、太阳能发电

太阳能是一种可再生能源，5000多年来，一直在人类的生产生活中发挥巨大作用。随着时间的推移，太阳能的用途发生了很大变化，从取暖到为太空中的卫星供电。但是，目前家庭房屋和各类建筑中，仍然缺乏能效高且价格低廉的太阳能发电设备。

2、风力发电

风力涡轮机就像喷气发动机的进气口。当空气进入时，首先会遇到一套固定的叶片，它能把空气引导进一套可转动的叶片。空气推动叶片并出现在另一边，此时空气流动的速度比在涡轮机外流动的速度更慢。

遮蔽物做成合适的形状，以便其引导在外面相对流动较快的空气进入转子后面的区域。快速流动的空气加速缓慢移动的空气，使涡轮机叶片后的区域变成低气压，以吸纳更多的空气通过它们。

3、水力发电

水力发电系(Hydroelectric power)利用河流、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，将其中所含势能转换成水轮机之动能，再借水轮机为原动力，推动发电机产生电能。水的高度，水的重量，甚至水的流动速度都可以用来发电。

地球上有大量的河流和不同类型的水流，这意味着我们可以大量安装水力发电站。

4、生物质能

生物质能的应用在日常生活中越来越普遍。生物柴油可以为汽车、公共汽车和商业车辆提供动力；生物质发电机可以提供家庭用电，此外，人们每天都发现新的生物质能。

5、地热能

地热能是由地壳抽取的天然热能，这种能量来自地球内部的熔岩，并以热力形式存在，是引致火山爆发及地震的能量。因为放射性粒子会慢慢衰变，所以地热能是一种可再生能源。并且只要地球还在旋转，地热能就会一直存在，完全不用担心它们会耗尽。

人类一直在寻找高效利用太阳能的方法，太阳能作为非常清洁的可再生能源，只需要高效率捕获太阳光，就可以产生大量能源。对于资源日渐匮乏的地球来说，收集太阳能是一种可行的弥补方式。

目前人类收集太阳能的方式，主要依靠零散的太阳能光伏板，在建筑物或较高的地方集中布置，从而收集太阳能。

这种方式效率并不高，而科学家希望可以在太空建造太阳能收集卫星，从而提高太阳能的捕获效率。

早在19世纪末，尼古拉·特斯拉就提出了无线电力传输，这一想法在近期进入到大众生活，很多手机都开始支持无线充电。

正是无线电力传输的想法，让太空太阳能技术开始逐渐出现。在1968年，彼得·葛莱瑟首次提出太阳能卫星的想法。

该卫星技术的想法非常简单，就是利用卫星尽可能靠近太阳，利用卫星上的太阳能光伏板从太阳光中收集能量。

完成能量的收集后，利用无线电力传输技术，向地球传递信号，地球上利用接收天线，远距离接收卫星的能量，并提供给电网，传递到需要用电的地方。

虽然我们现在才开始普及无线电力传输技能，但该理论提出后，在1970年，加利福尼亚就完成了数十千瓦的远距离无线电力传输实验。

为了提升电力传输的效率，卫星往往需要更大的太阳能收集装置，在最初的设计中，太阳帆就是一种很好的捕获装置。

利用太阳帆，可以大面积收集太阳光，并将其转换为微波能量，但是这也带来了其他问题——巨大的太阳帆需要更高的成本，而且建造难度非常大；太阳帆也会被太阳光驱动，科学家必须持续进行反向推动，避免太阳光将太阳帆“压”回地球。

由于太阳帆距离地球非常遥远，从地球上来看，太阳帆最多只有风筝大小，基本不会产生阴影。

利用巨大的太阳帆作为太阳能捕获装置，目前来说并不现实，而随着SpaceX的星链卫星发射，科学家认为可以利用巨型卫星星座，作为捕获太阳光的装置。

SpaceX可以在五年时间里制作将近四万颗卫星，这是非常模块化的生产方式，并且可以支持批量生产，从而降低制作成本和硬件成本。

按照目前的卫星发射效率，如果太空太阳能卫星组网开始发射，大约只需要10年时间，就可以搭建出成型的太空太阳能卫星网。

根据科学家的计算，如果太空太阳能卫星持续发射，大约只需要100年时间，地球80%的能源都可以通过太空卫星提供，剩余的20%可以使用其他可再生能源代替。

完成这一目标，人类基本可以摆脱石油的依赖，实现0排放目标。但是由于卫星数量的激增，可能需要100万人参与到太空工作，负责太空太阳能卫星的维护升级和修理工作。

虽然现在绝大多数人的工作都在地球上，或许在几百年后，人类都需要进入太空工作~

虽然太空太阳能计划可以解决地球的能源问题，但是卫星的大量发射，将带来非常严重的太空拥挤现象。

星链卫星的发射，已经让太空轨道空间出现了拥挤信号，如果继续高频率发射100年卫星，整个地球轨道将充满卫星，而这些卫星将频繁进行近距离接触，如果发生碰撞，整个轨道上的卫星都要遭殃。

太空太阳能计划虽然已经酝酿了几十年，但是想要彻底改变地球的能源结构，还需要进一步的探索！

但是，一个世纪后，科学家为实现这个概念已经取得了巨大的进步。欧洲航天局已经意识到这些工作的潜力，同时也在为这些项目寻求资金，并预测我们从太空获得的第一种工业资源将是“光束能量”。

气候变化是我们这个时代面临的最大挑战，因此风险也非常之大。从全球温度上升到气候模式改变，气候变化已经影响到全世界的每一个人。克服这一挑战需要我们彻底改变生产和消耗能源的方式。

最近几年，可再生能源技术发展迅速，效率更高、成本也更低。但是采用可再生能源的一个主要障碍在于，它们无法持续提供能量。风力发电场和太阳能发电场只有在风使劲吹或太阳当空照的时候才能产生能量，但我们每一天每一小时都需用电。因此，我们在普及可再生能源之前，首先得找到一种大规模存储能量的办法。

解决这个难题的一个可行办法或许是在太空中产生太阳能。这种方式有很多优点。一个太空太阳能发电站可以一天24小时面朝太阳运行。地球的大气层也会吸收并反射部分太阳光。所以，大气层上方的太阳能电池可以接收更多太阳光并产生更多能量。

但是问题又来了：我们该如何组装、发射和部署如此庞大的结构呢？单个太阳能发电站的面积可能至少要达到10平方公里，相当于1400个足球场那么大。其次，使用轻型材料也至关重要，因为届时最大的成本将是用火箭将发电站送入太空。

一个建议的解决方案是开发成千上万个小的卫星。这些卫星聚集在一起，通过配置可以组装成一个大型的太阳能发电机。2017年，加州理工学院的研究人员曾提出过模块化发电站的设计。该发电站由数千个超轻太阳能电池块组成。研究人员还展示了一块每平方米仅280克的原型电池块。

最近，制造业的发展成果——如3D打印等，也有望用于太空太阳能发电站的开发。在利物浦大学，研究人员正在 探索 新的制造工艺，以将超轻太阳能电池打印到太阳能帆上。这个太阳能帆是一种可折叠、轻便又具有高反射率的薄膜，可以利用太阳的辐射压力作用，推动航天器前进，而不再需要燃料。研究人员也在 探索 如何将太阳能电池嵌入太阳能帆结构上，以制造大型、无需燃料的太阳能发电站。

这些方法可以帮助我们在太空中建造发电站。事实上，未来有一天，我们或许可以在国际空间站或未来的绕月球轨道运行的门户站制造和部署发电站装置。

可能还不至于此。尽管我们目前依赖地球上的材料来制造发电站，但科学家也在考虑利用太空中的资源（如月球上发现的材料）直接开展加工制造工作。

上述问题解决后，剩下一个主要挑战是如何将能源传输回地球。当前的计划是将太阳能电池中的电能转换为能量波，然后用电磁场将能量波传输给地球表面的天线。天线进而将能量波变回电能。日本航空航天局的研究人员已经开发了几种设计，并演示了一个可以实现这些功能的轨道系统。

即便如此，在这个领域我们还有许多工作要做。但我们的目标是，太空中的太阳能发电站将在未来数十年成为可能。中国的研究人员已经设计了一个名为欧米伽（Omega）的系统，预期可以到2050年投入使用。该系统在最佳性能状态下，可以向地球电网提供2GW的电力。如果是在地球上用太阳能电池板产生这么多电能的话，那将需要600多万块太阳能电池板。

但是，诸如为月球登陆器供电而设计的更小的太阳能卫星，可以更早地投入使用。如今，全球科学界都在投入大量时间和精力，来开发太空太阳能发电站。我们希望，终有一天，它们可以成为我们应对气候变化的重要工具。（匀琳）

我可能知道这个朋友的疑问。就是太阳会永远燃烧，给人类带来能量吗？一百年，一亿年，可以吗？可以是1亿年，可以是100亿年吗？当然不是。因为太阳的寿命是100亿年，已经过了50亿年。从现在开始只有50亿年。当然，不能让人类再生100亿年的能源。

但是这确实是一个钻牛角尖的问题。用现在流行的话就是“精峰”。

我们现在说的可再生能源只是指在可预测的时间不会枯竭。可再生能源是指风能、太阳能、水能、生物质能、地热、海洋能等非化石能源，是取之不尽的能源，与取之不尽的可再生能源相比，对环境的危害或危害非常小，资源分布广泛，适合当地开发利用。所以太银行能属于可再生能源，

可再生能源包括太阳能、水力、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热等。

可以在自然中循环播放。是无穷无尽的能源，在没有人力参与的情况下可以自动再生，是相对于无穷无尽的非再生能源的能源。

这个世界只是相对的“永远”，没有什么是永恒的。

宇宙也有寿命。我们现在知道它的出生日期。大约百亿年前的某一天，关于它死亡的时间，也有人说空谈是有道理的，没有统一的看法。每天早上太阳从东方升起，每天晚上太阳从西方落下，这样不断产生已经过了数十亿年，孕育了生命和人类，现在没有不持续的迹象。太阳能是巨大的可再生能源。

太阳每秒向太空释放3.78x10 26J的能量，地球除以22亿分之一的这个勺子，得到1.72x10 17J，每平方米约1300瓦的光，总量达到480亿度，是1500万个三峡大坝发展总量，或每秒3000多个广岛原子弹爆炸的能量，这种能量每天每时每刻都发生，即使是阴天，这种能量也在云层上空辐射。如果太阳不打那个喷嚏就炸了地球，这种光就会持续下去。至少一亿年不会改变。