登陆注册
8062100000033

第33章 我们星球的未来(4)

2011年3月20日的英国《每日电讯报》对中国的努力进行了高度评价:“如果中国发展钍基反应堆的努力取得成功,将极大地改变全世界的能源版图,它可能标志着能源政策的战略领导地位正从缺乏生气、安于现状的西方转向一个愿意打破成规的崛起的技术大国。”

外国媒体对中国不吝溢美之词,起源于中国科研实力的大幅增强。在过去10年里,中国投入了大量经费用于科学研究,科技水平不断提升,虽然这一过程中也矛盾纠结,问题重重,但所取得的成就也有目共睹。现在,中国正依靠自己的科技实力,在世界科技舞台中扮演更有分量的角色。

核能虽然不会排放温室气体和有毒气体,但具有核污染的危险性,其“清洁性”是相对的,有些对环境保护严格的国家如德国,并不将核能列为清洁能源的一种,可再生能源如光能、风能、地热能无疑是更佳的选择。但现阶段的技术却无法产生大量的、集中化的、有保证的工业电力,不过,世界科学家的不懈努力正带来更多的希望曙光。

美国麻省理工学院的化学家Daniel Nocera声称,他的研究小组在可持续能源方面取得了里程碑式突破,真正的实用型的、价格低廉的“人造树叶”首次由他们开发成功,其光合作用效率是自然界树叶的10倍,并且将来还能进一步提高。

这种“人造树叶”设备由硅、电子元件、催化剂等构成,把它放入4.5升水中并暴露在阳光下,产生的电力足够支持一个发展中国家家庭一天的用电量。Nocera说:“我们的目标是让每个家庭有自己的发电站。对于印度和非洲等发展中国家的贫困地区来讲,‘人造树叶’具有更加特殊的意义,可以作为一种廉价的家庭电源。”Nocera及其团队下一步的目标是努力提升“人造树叶”材料的效率和使用寿命。

“自然界由光合作用推动,而未来世界可能由‘人造树叶’的光合作用来推动。”Nocera的断言也许还有对自身技术的过分自信,但在某种意义上说,它确实代表了人类对无任何污染的“光能”成为新能源主力的极度渴望。

中国科学家在光能利用上也有了新的突破。中国科学院生物物理所常文瑞院士课题组经过5年多的研究,率先独立解析了来源于高等植物菠菜的次要捕光复合物CP29晶体结构。自然界植物的光合作用的原初反应是从捕光开始,CP29是最大的蛋白,不仅捕获太阳能并将能量高效传递到反应中心,还在能量传递中起到桥梁作用。对于CP29这些蛋白复合物精确三维结构的研究,将对阐明光合作用的分子机理,并以此为基础利用、模拟光合作用,实现“人工光合作用”意义非凡。

中国科学家在一向薄弱的基础科学研究领域也有了令人激动的进展。中国科学院研究生院教授苏刚及其博士生李伟等人提出用于研究量子多体关联系统热力学性质的新方法,被命名为线性张量重整化群(LTRG)方法,该成果发表在国际著名期刊《物理评论快报》 (PRL)上。

强关联量子多体问题一直是凝聚态物理研究的中心问题之一,但应用最广泛的算法“蒙特卡罗”方法,其研究的系统尺寸不能太大,同时也会遇到“负符号”等问题。最为准确的密度矩阵重整化群(DMRG)方法,在推广到更高维的情形时则遇到瓶颈。苏刚等人提出的LTRG新方法不仅具有很高的计算精度,而且比基于DMRG技术的算法具有更好的灵活性和可扩展性,易于编程,计算量相对较小,为当前“热度”高涨的量子计算奠定了有效的方法基础。

中国自身科技力量的攀升,展现出“突破的力量”,也为世界的前行注入了新的血液和活力,如果在“能力”与“责任”中寻找到最佳的平衡点,也将使更多的国家从中受益,中国的科技影响力正在开始“走出去”,世界期待着下一个“中国故事”。

9 日本预演“无核时代”

2012年5月5日,距日本福岛核电站核泄漏后的1年2个月后,日本最后一座正在运行的核电站停止发电,至此为止,日本国内55座核反应堆全部停止运营,整个国家首现“无核状态”。

过去的半个多世纪中,日本不断升级核电规模,使其支撑起整个国家1/3的电力供应,早已是不折不扣的“核电”大国。但是,作为迄今为止唯一遭受原子弹危害的国家,日本的“核梦魇”一直深藏于心,而2011年3月海啸后的福岛核电站泄漏,无疑重新唤起了社会的“核恐慌”。反核者提出的 “我们应当重新思考,在地震多发的列岛上建核电站是否恰当”的质疑,正让日本上下重新审视发展核能的政策。迫于公众压力,日本核电机组一个接着一个地停机,最终全面停运。

无疑,这是核电发展史上的一次标志性事件,虽然仅可能会是一个短暂的“无核期”,但也足给我们举出一个绝无仅有的范例:如果没有核能,世界将会怎样?

日本综合能源调查会基本问题委员会预测,如果不能找到新能源来填补目前“脱核”造成的空白,到2030年,作为世界第三大经济体——日本的GDP将下降5%;日报经济产业大臣要求企业与民众为可能的轮流断电做好准备,尤其当闷热难忍的夏天到来之时,电力供应至少会有15%的缺口;液化天然气是主要的核能替代品,液化天然气价格提高意味着电力企业承担的采购成本激增52%,日本以出口经济为导向,但在2011年因耗费数十亿美元进口替代发电燃料,经历了该国30多年的首次贸易赤字;如果所有核电站都不重启,日本的九家地方电力企业,本财年就会面临合计2.7万亿日元的净亏损,因为以火力发电为主,温室气体排放也出现了急剧上升……

核能已深入于日本经济的血脉,核电缺失无疑对日本的影响巨大,但如果日本上下齐心协力,确保供电稳定,挺过这个无核之夏,则就能证明“日本可以没有核电”,这或许将对日本未来的核电政策产生深远影响。

不过现在看来,“无核状态”似乎难以坚持。就在2012年5月14日,日本福井县大饭町议会成员达成一致意见,认为有必要启动该地的两个停运核反应堆。这是核电站全部停运以来首次有地方议会机构同意重启核反应堆,原因是今年可能又是一个难以忍受的炎热之夏。

日本如何预演“无核时代”,还是未知之数,但无论结果如何,都将给全球的核能发展带来诸多启示。面对纷繁复杂的核能发展,中国工程院院士、著名物理学家杜祥琬在2012年5月10日的《中国科学报》上发表文章称:“人类不可能弃核,必须驯服核能。”

杜祥琬认为,一方面,可再生能源中的太阳能、风能、生物质能等可看做是广义的太阳能。而太阳能直接源于核能,人类与核能天然地结下了不解之缘;另一方面,地球上可控的核能发展,将经历由“核裂变能”走向“核聚变能”两大阶段,目前是利用“核裂变能”,而未来的核聚变电站将为人类提供可永续发展的核能,从以上两重意义上说,人类无法弃核。而驯服核能,确保安全,是人类的历史使命和责任。

相对于因放射性污染而饱受诟病的“核裂变能”,清洁的“核聚变能”无疑是最佳的核能归宿。但是,虽然目前人类已经可以实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸。但是要想产生“受控”核聚变,还存在着巨大的技术障碍。其中,就有一种神秘的现象——“热密度界限”,长期以来导致科学家无法实现可控自持续核聚变反应。

核聚变实验中的高温带电气体即等离子体的温度和密度足够高时,包含在其中的原子核就会结合并释放出能量,但当等离子体达到神秘的“热密度界限”时,等离子体就旋转形成闪光,温度下降,使核聚变无法继续进行。美国能源部的物理学家David Gates与麻省理工学院博士生Louis Augustin 使用数学推导,发现这一现象是等离子体内那些微小的、如同气泡的、被称为“岛屿”的区域所带杂质造成,而如果能向等离子体的“岛屿”注入能量让其具有更高的密度,就能实现核聚变所需的1亿摄氏度的温度。

这个理论被有趣地称为“10分钟‘啊哈’时刻”,如果实验验证是正确的话,那么将帮助人们消除核聚变发展的一个主要障碍,使受控核聚变再现曙光。

在消除核裂变污染中,还有一个让人举手相庆的好消息。美国圣母大学教授Thomas Schmidt领导的科研团队最近研制出的一种晶体化合物,每个晶体都包含有“通道”和“笼子”,这些“通道”和“笼子”上有数十亿个细小的微孔,能将核废料中的大约96%的放射性离子除去,为困扰世界多年的核废料“变身”扫清了障碍。

全球30个国家目前约有436个核电厂,而从1943年到2000年,全球的核反应堆和核武器测试产生的核废料已达成百吨,其中含有的高放射性物质的半衰期长达数几十万年。而如何安全、永久地处理核废料一直是一个重大的课题,除了将高放废料保存在地下深处的特殊仓库中永久保存之外,至今也没有找到核废料的最佳处理方案,而这一名为圣母大学硼酸钍-1(NDTB-1)的晶体化合物为我们开辟了一条令人欣喜的核废料处理新路,也可能是最佳之路。

原子弹的出现是科学发展史上的一个里程碑事件,科学家手中第一次有了足以摧毁整个世界的力量。从此时起,一个科学家已不能是仅是一个纯粹的的科学家,他必须承担某种程度的社会责任,应用承担一种具有前瞻性的事前的伦理责任,也许,这可以让科学家做得更多。在现实的核能发展中,持谨慎态度的公众,理应对科学家有更多的责任要求。

同类推荐
  • 图文科普-微生物奠基石

    图文科普-微生物奠基石

    本书介绍了微生物的奠基人列文虎克、斯巴兰扎尼、琴纳、巴斯德、罗伯特·科赫,以及整个微生物的发展历史。
  • 探究式科普丛书-地球的肺:植物

    探究式科普丛书-地球的肺:植物

    我们知道,植物是自然界的生产者,我们所需的能量和氧气都来自植物的光合作用。植物对于我们来说可谓功不可没,它们除了给我们提供食物和氧气外还装点着我们的生活环境。我们吃的瓜果蔬菜来自植物,我们喜欢的花花草草也是植物。现在的城市中,人们将绿色植物移植到钢筋混凝土的“森林”中,给死气沉沉的城市增添了几分生命的活力。说了这么多,植物都有哪些种类呢,最大的植物以及最小的植物是什么呢?植物有哪些特性?它们又是如何分类的?赶快打开你手中的这本书,我们一起游览植物王国吧!
  • 大视野知识文库(插图)华夏五千年

    大视野知识文库(插图)华夏五千年

    大视野知识文库包括:世界未解之谜、史前生命、浩渺的宇宙、人类的奥秘、走遍世界、奇妙的植物、奇妙的动物、华夏五千年、大海之旅、建筑奇观、消逝的文明、神奇的大自然、等书籍,历史、自然、宇宙等涵盖人文社科所有方面。
  • 决不放弃——航海英雄启示录

    决不放弃——航海英雄启示录

    本书为我们重现了四位航海探险家,包括哥伦布、达·伽马、麦哲伦、库克,书中带领我们同四大航海探险家一起,走上跨越海洋的大胆旅程,分享他们的冒险和知识。
  • 生物天地百科(奥秘世界百科)

    生物天地百科(奥秘世界百科)

    宇宙天地和自然世界真是丰富多彩、纷繁庞杂,使我们对于那许许多多的难解之谜,不得不密切关注和发出疑问。人们总是不断地去认识它,勇敢地去探索它。虽然今天科学技术日新月异,达到了很高程度,但对于许多奥秘还是难以圆满解答。人们都希望发现天机,破解奥秘。古今中外许许多多的科学先驱不断奋斗,一个个奥秘不断解开,推进了科学技术的大发展,但又发现了许多新的奥秘现象,又不得不向新的问题发起挑战。正如达尔文所说:“我们认识自然界的固有规律越多,这种奇妙对于我们就更加不可思议。”科学技术不断发展,人类探索永无止境,解决旧问题,探索新领域,这就是人类一步一步发展的足迹。
热门推荐
  • 易烊千玺之初夏的秘密

    易烊千玺之初夏的秘密

    初夏有一个秘密,一个不为人知的秘密,就连她也不知道这个秘密的存在。“怎么办?我好像喜欢上了你。”
  • EXO之就是急死你

    EXO之就是急死你

    每个人手上都有一把打开奇迹之门的钥匙你永远不知道你有多喜欢一个人,直到你看到他身边有了别人……当你看到你爱了十年的男人走进婚姻殿堂,而他身边的那个人却不是你的时候,你是否后悔当初没有对他表达出你的心意?如果再给你一次重来的机会,你又是否能够把握住?是勇往直前追回他?还是回头看看身边人?这一切都是你的选择……
  • 九转诛天决

    九转诛天决

    魔帝重生,王者归来!当我重新拿起我的屠刀之时,整个世界颤抖了!
  • 凌梦系统

    凌梦系统

    自从李凌获得凌梦系统……当上总经理出任CEO迎娶白富美走上世界巅峰
  • 天龙九变

    天龙九变

    万念俱灰的少年林飞,在雨夜意外遇上了一条重伤的诡异魔蛇。魔蛇的爆体引来了天罚,林飞的身体稀里糊涂的融合进了魔蛇血脉和天罚神雷的力量。是新生还是危机?崭新的世界,异样的大陆!玄武紧随,神龙相伴,白虎随行,朱雀引路,青龙护法,东西方魔兽的大拼斗,正与邪的勾心斗角,且看林飞如何演绎出一场别样的惊险人生……
  • 办公室通关密码

    办公室通关密码

    办公室如同社会,处处都是成年人的陷阱。无论你的智商有多高、能力有多强、家世有多显赫,如果处理不好办公室的人际关系,就很难在事业上获得好的发展。要知道,办公室中很多事情不能重来,我们不能通过以身试险的方式来学会如何把人搞定,但如果我们可以做到先知先觉,掌握办公室通关密码,就能游刃有余地爱上这个游戏。
  • 御鬼神探

    御鬼神探

    警校大学生苏浩,无意中获得了御鬼传承,从此改变了一生的命运。
  • 花千骨电视剧续集之重生守护

    花千骨电视剧续集之重生守护

    当洪荒之力消散于这世间的时候,当她离去的时候,“白子画,今生今世所做我从未后悔过,若能在重来一次,我在也不要爱上你!”“不,小骨,不要离开我,不!”问世间情为何物,只叫人生死相赴。重生守护,若能重生,我定要和你重新在一起,重新来守护。花千骨重生后会和白子画在一起吗?谁又是这场旷世恋爱的最后赢家?花千骨和白子画的命运又会如何走向,请点击阅读。
  • 有你唯爱妍

    有你唯爱妍

    一个隐瞒了真实身份的男子爱上了一个女艺人,两人之间发生了很多,有误会,有暧昧,有痛苦,有欢乐。两人之间经历了很多,究竟能不能走到一起呢?让我们拭目以待吧!
  • 盛世暖婚:熙少的小萌妻

    盛世暖婚:熙少的小萌妻

    “熙哥哥,你喜欢我吗?”“不喜欢”“……”三岁的韩梓沫在第一次见到莫以熙的时候就想着勾搭他了,不过大多数时候,莫以熙都知道,但是就是不承认他喜欢她。不过自从韩梓沫的好闺蜜给她出了个注意之后,莫以熙就不能忍了。“熙哥哥,你帮我看看,这个怎么样?”之后,韩梓沫就拿了各种帅哥的照片给莫以熙看,让他看看怎么样,如果好的话,就可以考虑交往,“不行,这个看起来就容易惹桃花。”“那这个怎么样?”“不行,这个……”总之,就是有一堆的理由觉得人家不好。终于,在有一次看到韩梓沫跟别的男生一起走的时候,终于爆发了。