從航天飛機到遠洋巨輪，從高速列車到鑽井平臺，從摩天大廈到城市地鐵，能源讓發動機轟鳴，讓機器運轉，讓黑夜和白天一樣明亮。認識和使用能源，讓人類走出石器時代，創造出燦爛的現代文明。但是，能源並非不竭的魔法石，如果失去能源，人類文明何以為繼？面對日漸枯竭的石油和煤炭資源，清潔、強大、可再生的新能源，成為科學家的研究焦點。

從航天飛機到遠洋巨輪，從高速列車到鑽井平臺，從摩天大廈到城市 地鐵，是一種什麼樣的力量，讓發動機轟鳴，讓機器運轉，讓黑夜和白天 一樣明亮？又是什麼力量，讓人類能超越自身極限，獲得神話一樣的速度 和動力？如果視角再廣闊一些，站在幽暗的宇宙空間俯視地球，我們忍不 住要問，究竟是誰，在驅動這顆蔚藍色的行星，讓它能夠創造出這樣耀眼 的文明成就？ 沒錯，一切奇跡都來自能源和使用能源。隨著傳統能源逐漸耗盡，科 學家們努力尋找，希望能找到清潔、安全、可以循環再生的新能源，讓人 類文明的引擎能繼續轟鳴。

前言
一、萬物之源——太陽能
太陽和太陽輻射
太陽能制熱和發電
太陽能電池
太陽池和海水淡化
二、澎湃的粒子——核能
原子和核能
核**誕生
核電站
安全：核電的生命線
核電池
未來核技術：核聚變
三、*清潔的能源——風能
風和風能
風力發電機：化風為能
風電：*潔淨的能源
四、來自生命的能源——生物質能
活能源
農村新能源：沼氣
地裡流出黑色金子：能源作物
五、地心能量：地熱能
六、*理想的能源——氫能
七、電池大變身：燃料電池
八、蔚藍的力量——海洋能
九、神話能源——反物質
後記

太陽和太陽輻射 太陽，人類星空圖裡*重要的天體。正是因為太陽光芒普照，纔有萬 物生長、日夜交替和四季輪回，太陽給地球帶來多姿多彩的生命現像，帶 來冷暖寒暑變化，還給地球生命提供各式各樣的能源。從遠古時候開始， 人們就崇拜太陽、膜拜太陽，把太陽當作一切奇跡和神力的來源，太陽符 號出現在金字塔和巴比倫空中花園，它是光明、生命的像征。
在幽暗的銀河繫裡，太陽卻隻是一顆普通的恆星，在廣袤浩瀚的繁星 中，太陽的亮度、大小和物質密度都隻屬於中等水平。隻是由於它距離地 球*近，看起來纔會那麼耀眼。其他的恆星離我們都**遙遠，即使是* 近的一顆，也比太陽要遠上27萬倍，在明朗的夜空裡，隻是一個閃爍的光 點。
太陽看起來很平靜，但卻無時無刻不在發生劇烈的變化和反應。組成 太陽的物質大多數是普通氣體，其中氫大約占71％，氦大約占27％，其他 元素加起來大約占2％。太陽從中心向外可以分成核心區、輻射區、對流區 和太陽大氣。核心區雖然很小，半徑隻是整個太陽的1/4，但卻是太陽能量 和地球生命的真正源頭。太陽核心的溫度極高，達到難以想像的1500萬℃ ，壓力也**巨大，使得由氫聚變為氦的熱核反應不斷發生，從而釋放出 浩瀚的能量。能量通過輻射區、對流區，到達太陽光球頂部，並且通過光 球向外輻射出去。
太陽光球就是我們平時看到的太陽的圓圓的臉。光球表面是密度隻有 水的幾億分之一的氣體，但厚度卻有500千米，所以光球並不是透明的。太 陽大氣在光球層存在著劇烈的活動，用望遠鏡觀察的話，你能看到太陽表 面有許多密密麻麻的斑點，很像一顆顆米粒，這是光球下氣體劇烈對流動 蕩造成的現像，每一個斑點隻持續不到lO分鐘，溫度也要比周圍高出300℃ 到400℃。另外，太陽光球表面還有一些暗暗的橢圓形斑點，這就是太陽黑 子，光球層上的巨大氣流漩渦，雖然在明亮的光球背景下看起來暗淡無光 ，但它們的平均溫度都達到4000℃，如果把一個大的黑子單獨拿出來，光 亮就能和一輪滿月不相上下。
緊貼著光球以上的一層大氣叫色球層，隻有在日全食的時候我們纔能 完整地看到它。當月亮遮擋住光球明亮光輝的一瞬間，人們就能發現日輪 邊緣上有一層玫瑰紅色的絢麗光彩，那就是色球。色球層厚約8000千米， 色球層裡的物質密度和壓力要比光球小得多。按照常識，當能量經過層層 傳遞到達色球層以後，熱度應該已經大大降低。奇怪的是，太陽的情況和 常識**相反，光球層頂部的溫度大約是4300％，色球層頂部的溫度卻有 好幾萬攝氏度，再往上，到了日冕區，溫度陡然上升到上百萬攝氏度。科 學家對這種反常的現像感到迷惑不解，到現在也沒有找到確切的原因。
簡單地說，太陽內部的熱核反應釋放出巨大能量，能量穿過輻射區、 對流區，來到了太陽光球層、色球層和日冕層組成的太陽大氣，並且*終 以電磁波和粒子流的形式向宇宙空間輻射。地球所接收到的太陽輻射能量 ，還不到太陽向宇宙空間總輻射能量的二十億分之一，但卻是地球大氣運 動*主要的能量源泉。科學家們設想，如果在地球大氣層外面放一個測量 太陽總輻射能量的儀器，那麼，在一平方米面積上，每分鐘接收的太陽總 輻射能量大約是1368焦，這個數值被叫做太陽常數。如果把太陽常數乘以 用太陽到地球平均距離作半徑的球面面積，就得到了理論上太陽每分鐘輻 射到地球的總能量——大約是2.273×10的28次方焦。這也就是說，太陽每 年給地球輸送的能量相當於1OO億億度的電，取之不盡，用之不竭，是*理 想的能源。
太陽能制熱和發電 在了解了太陽的強大能量以後，請先不要激動。千萬記住一點：實驗 室裡的理論數值，和現實生活中的實際情況，往往會有天上地下的落差。
在前面一節中，我們根據太陽常數計算出了理論上到達地球上的能量總數 ，卻忽略了這樣一個問題：地球本身也套著一件厚厚的棉襖，這就是地球 的大氣層。
地球大氣層由對流層、平流層、中間層和外大氣層組成。經歷了漫長 旅途的太陽能量在到達地面以前，已經被充斥在大氣裡的空氣分子、水蒸 氣和塵埃細細梳理過一遍，有的被吸收，有的被反射回去，有的被漫無方 向地散射到四面八方。所以，照射到地面上的太陽輻射實際由兩部分組成 ：穿越了重重艱險，到達地面的直射部隊，和遭到反射、散射，仍然幸運 來到地面的漫射部隊。這兩部分全部加起來，還不到到達大氣層外圍的太 陽輻射總量的一半。也就是說，還沒來到地面，一大半的太陽輻射已經損 失掉了。
那麼，我們能不能把好不容易到達地面的太陽輻射，一點不漏地收集 起來呢？遺憾的是，這也是不太可能的。由於受到日夜交替、季節變遷、 海撥高度和天氣情況的限制，到達地面某一個特定地方，比如你們家門口 的太陽輻射，是斷斷續續、**不穩定的。具體來說，海撥越高，距離赤 道越近，天氣越晴好，時間越靠近夏天或者中午，太陽輻射就越充沛。而 如果天陰下雨，或者在靠近南北極的地方，太陽輻射就很微弱，到了晚上 太陽下山，太陽輻射就一點都沒有了。
現在，人類對於太陽能的大規模運用還處於初級階段，大部分運用是 把太陽能轉換為熱能。光熱轉換裝置中*普及的，就是居民樓上常見的太 陽能熱水器了。有的太陽能熱水器有著鏡子一樣光滑的外觀，有的則好像 密密麻麻的鐵柵欄，這是由於采用了不同的集熱方式造成的。鏡子一樣的 太陽能熱水器采用玻璃集熱器，它能*大限度地把太陽光轉化成熱能，通 過加熱集熱器附近的熱水，使水箱內的水產生溫度差異，冷水下沉，熱水 上浮，水箱裡的水自然流動，*終讓整個水箱均勻受熱。鐵柵欄一樣的太 陽能熱水器采用真空管集熱，原理和采用玻璃集熱器的太陽能熱水器差不 多，但集熱效率*高一些。在日照充足的寧夏、甘肅、河北、山西等地區 ，太陽能熱水器可是家庭的好幫手，**勞累工作，晚上能舒舒服服地洗 一個熱水澡，既干淨，又解乏。*關鍵的是。它不用電，不燒煤，把寶貴 的能源節約下來給工業行業使用。一個優質的太陽能熱水器能夠正常使用 20年以上，隻要一下雨就等於清洗過一次，可方便啦。
太陽能可以轉換成熱能，就沒有理由不能轉換成電能。如果太陽能能 夠方便、快捷地轉換成電能的話，生活該有多方便啊！由於發電站有特殊 的地理位置要求，我們現在使用的電，有的來自三峽大壩，有的來自秦山 核電站，經過長途跋涉，穿越上千千米，纔來到我們家中把電燈點亮。這 樣的傳輸方式，不但中途損耗巨大，而且風險很高。為了要讓電能長途傳 送，必須把它加壓到上萬伏，甚至幾萬伏，這樣一來，不但高壓線**危 險，踫到就可能觸電身亡；就是高壓電流產生的強大輻射，也會導致多種 疾病，嚴重影響人體健康。隻要有陽光，太陽能發電設備可以在任何地方 使用，就近產電，就近使用，甚至每個家庭都可以安裝一個太陽能發電機 ，自己發電自己用。
這可不是一個空想。2001年12月，三洋電機公司在日本中部的歧阜縣 裡建立了一座高37.1米，全長315米，重3000噸的船型太陽能發電裝置，並 把它命名為“陽光方舟”，希望它像傳說中的諾亞方舟一樣，帶領人類走 向獲取新能源的道路，這是當時世界上*大的太陽能發電裝置。“陽光方 舟”由5046塊電池板組成，發電功率為630千瓦，每年能發電54萬千瓦，相 當於一座小型水電站。*重要的是，它減少了煤的使用量，減少了溫室氣 體的排放。
為了配合“陽光方舟”，日本政府在關東建立了一個新型示範住宅區 ，所有的住宅屋頂上都裝著太陽能電池板，電池板直接連接輸電線路。夜 裡和陰天，太陽能發電不夠用的時候，電力公司就給居民供電，而在陽光 強烈，太陽能產生的電力用不完的時候，又可以通過輸電線路，把多餘的 電力傳輸到附近的電力公司儲存起來。這套設備方便又好用，初次來到這 個住宅區的人，往往會以為自己身在科學實驗室裡呢。不過，太陽能發電 也有缺點，這就是價格太貴。就算使用了政府補貼，每度太陽能電，還是 比水力發電廠輸出的電貴一倍以上。現在，世界各地的科學家都在積極研 究，希望找到降低成本的方法，好讓太陽能電力走進千家萬戶。
為了解決太陽能到達地面損失過多的問題，科學家們正在探討建立宇 宙太陽能空間電站的宏偉設想。有科學家提出，可以研制一種太陽能動力 衛星，把它發射到距離地面3.5萬千米的高空，正好位於地球同步軌道上， 圍繞地球運轉。衛星在軌道運行，打開龐大的太陽能電池板，把太陽能直 接轉換成電能，然後再把電能用微波束發回地面。地面接收站通過巨型天 線接收微波，並把它轉換成電能。
就目前的科技水平來說，要建立大型太陽能空間電站還有一定難度， 比如一個發電能力為一千萬千瓦的空間電力站，要使用的太陽能電池板面 積達到64平方千米，而把微波發射到地面的列陣天線，占用面積也將超過2 平方千米。此外，巨大的衛星需要分解成許多零件運送到太空進行組裝， 衛星安裝後，還要經常檢修維護，這都對現有技術提出了挑戰。其中，* 大的問題是，太陽能儲存技術也不過關。這並不是說科學家找不到辦法來 儲存太陽能，而是儲存太陽能的效率不夠高，費用**昂貴。從工業生產 的角度看，如果成本太高，推廣價值就大打折扣了——誰會花好幾倍的錢 ，購買一模一樣的東西呢？ P11-18