加速可持续能源未来的技术进展
引言
国际能源署（IEA）通过其科学和技术临时工作组（AHGSET）汇集科学家和能源技术专家，旨在促进能源技术突破。《能源技术展望：2050年情景与策略》报告强调了急需采取行动来快速推进现有能源效率和低碳技术，并扩大对氢和燃料电池、先进可再生能源、下一代生物燃料和储能技术的研发预算。
能源挑战与解决方案
当前面临的主要挑战包括：
- 破坏性气候变化威胁
- 能源安全下降
- 全球能源需求增长
为应对这些挑战，需要充分利用现有技术并推动科学创新以加速新技术的采纳。IEA报告提出的关键结论之一是，迫切需要迅速推进现有的能源效率和低碳技术。报告还呼吁政策制定者、行业和学术机构增加研发预算，以实现氢和燃料电池、先进可再生能源、下一代生物燃料和储能技术的基本科学突破。
科学在能源转型中的作用
为了实现能源转型，需要在以下几个领域取得突破：
- 能源存储
- 低成本光伏
- 电力传输/电网管理
- 生物燃料及其他先进燃料
- 照明
- 技术使能材料
- 先进核能与聚变
- 碳捕获、分离和监测
在基础科学和应用能源研究之间存在差距，这阻碍了科学家和研究人员利用合作、网络和加速必要的科学进步的机会。IEA的AHGSET通过国际信息交流、网络和推广活动加强了基础科学与能源研究之间的联系。
最近AHGSET研讨会的主要发现
最近的AHGSET奥克里奇研讨会总结了以下主要发现：
- 太阳能转换系统的稳定性和耐用性至少20年
- 转换效率与成本比的降低
具体技术挑战
太阳能的主要挑战在于开发稳定且耐用至少20年的系统，并将生产电能和燃料的成本降低10到50倍。为了使安装的光伏系统成本竞争力，需要开发目前不存在的技术，例如超高转换效率的低成本技术、混合转换材料和纳米结构材料。
为了提高太阳能转换系统的效率，可以采用以下方法：
- 化学方法改进廉价材料（如多晶、纳米晶和有机材料）的光转换性能。
- 具有有效电荷分离和收集功能的网络材料，能够在很短的距离内实现电荷分离和收集，避免光生电荷载体需要长距离移动的要求。
基础科学研究机会
基础科学在以下领域具有巨大潜力：
- 光子捕获
- 后基因组/蛋白质科学
- 超导性
- 电化学/电物理学
- 高级计算
- 催化剂
- 生物物理/生物化学
- 复杂自适应系统
成功案例
已有许多成功案例展示了基础科学与应用能源研究在学术机构、政府和私营部门组织中的合作。例如：
- 通过生物技术和纳米技术降低太阳能成本
- 提高生物质能的效率和灵活性
- 开创无碳氢气的生成、储存和使用途径
- 降低碳捕获和储存的成本和风险
结论
为了实现能源系统的转型，必须加大对基础科学和应用能源研究的投入。IEA及其成员国呼吁各界加强基础科学与应用能源技术之间的联系，以促进关键科学突破。
