其實(shí)地球是一臺發(fā)電機(jī)

陶穎

我們生活的地球是一顆會發(fā)光的星球。不過，它發(fā)出的并不是太陽那樣強(qiáng)烈耀目的可見光，而是肉眼無法感知的紅外線。紅外輻射蘊(yùn)含著巨大的能量，美國哈佛大學(xué)的科學(xué)家提出，這種能量不應(yīng)被白白浪費(fèi)，它是一種被人們長期忽視的寶貴的可再生能源。

24小時(shí)持續(xù)發(fā)電

與其他清潔能源一樣，紅外輻射發(fā)電利用的也是熱力學(xué)原理——每當(dāng)有能量從高溫處向低溫處流動時(shí)，就能獲得可再生能源。比如，太陽能電池利用的是光能從太陽（高溫）向地球（低溫）的流動，將光能轉(zhuǎn)換為電能。

據(jù)估算，地球表面以紅外輻射形式釋放的總熱量約為2 000億兆瓦，其中大部分被地球大氣層吸收。但是，大氣層對于波長8～13微米的紅外輻射卻沒有阻擋作用，結(jié)果就造成了地球熱量的持續(xù)外泄。

那么，從地球逸出的這股熱能的發(fā)電能力究竟有多強(qiáng)呢？根據(jù)相關(guān)監(jiān)測設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，哈佛大學(xué)研究人員計(jì)算后得出，利用紅外輻射發(fā)電設(shè)備可獲得的發(fā)電量大約是普通太陽能電池的十分之一，發(fā)電效率為15%。這一數(shù)字顯然并不可觀，但是研究人員看中的并非是發(fā)電量的多少，而是發(fā)電時(shí)間的可持續(xù)性。

發(fā)電效率尚待突破

目前對于紅外輻射發(fā)電來說，最大的問題在于如何提高發(fā)電效率。最簡單的方法是采用一種可將熱能轉(zhuǎn)換成電能的熱電板，令熱電板的溫度低于周圍環(huán)境溫度，當(dāng)?shù)乇砩l(fā)的熱量流經(jīng)熱電板時(shí)就會因溫差形成電流。但是，現(xiàn)有熱電板的熱電轉(zhuǎn)換效率非常低，流經(jīng)的熱能通常僅有百分之幾被轉(zhuǎn)換為電能，使得這種方法幾乎不具備實(shí)用性。

為此，哈佛大學(xué)的研究人員提出了一種以微波整流天線為基礎(chǔ)的新設(shè)想。整流天線能接收和傳輸電磁波，可與帶二極管的電路相連。這種微波整流天線的能量轉(zhuǎn)換效率可以達(dá)到70%。但是，要將其運(yùn)用到紅外輻射領(lǐng)域并不容易，因?yàn)榧t外輻射的波長僅有微波的萬分之一左右，因此紅外整流天線的長度也要相應(yīng)地縮短。

隨著近年來微型天線制造技術(shù)的日益發(fā)展，紅外整流天線的研發(fā)已成為可能。它在外觀上與常見的屋頂天線無異，只不過尺寸僅是后者的百萬分之一。研究人員設(shè)想，將配備有紅外整流天線的微型熱量采集裝置整合到傳統(tǒng)的太陽能板上，以增強(qiáng)其發(fā)電能力和延長供電時(shí)間。

將設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)還有不少工作要做。首先，現(xiàn)有紅外整流天線產(chǎn)生的電壓太小，不足以形成足夠大的電流。此外，特定波長的紅外輻射產(chǎn)生的交流電電壓極不穩(wěn)定，現(xiàn)有的普通二極管很難與其配合工作。也許，要從根本上解決問題，還有賴于目前尚處研發(fā)初級階段的新一代二極管的早日問世。

編輯/張懷宇