應對氣候變化的“關鍵點”:科學家提出新的集中式太陽能發電方法
據外媒報導,Asegun Henry有一個應對氣候變化的好主意:把太陽能量儲存起來。這位麻省理工學院的機械工程教授說:“這是關鍵,是將很多事情引向正確方向的關鍵所在。”Asegun Henry有一個拯救世界的大膽想法。他認為,減少碳排放和緩解進一步的氣候變化的關鍵在於進行集中式太陽能發電的能力。
今天,從風和太陽中獲取的大部分可再生能源都是以”使用”或”失去”的方式提供。為了儲存這些能源,Henry設想了一個完全可持續的、零碳的電網,它有可能滿足我們所有的電力需求,即使在陰天和無風的日子。而且他有一個如何實現這一目標的藍圖。
想像一下,除了太陽能發電廠和風力渦輪機之外,還有一個嚴重絕緣的、倉庫大小的容器,裡面裝滿了白熱的液體金屬。在低用電量時期捕獲的任何多餘能量將被轉移到這個容器中,在那裡它將被轉化為熱量。當能源需求上升時,液態金屬可以被泵送到一個轉換器中,將熱量重新轉化為電能。
Henry表示,這個”箱中太陽”系統將作為一個可充電的電池,儘管它佔用了半個足球場。他已經證明該系統的關鍵部分是有效的,並且正在將這些部分整合起來,以展示一個實驗室規模的系統。如果這被證明是成功的,他將推進增加存儲容量的版本,並最終形成商業規模的電網集成系統。
這是一條雄心勃勃的道路,而且不是沒有障礙的,就像Henry自己進入麻省理工學院的道路一樣。2020年,他獲得了麻省理工學院機械工程系的終身教職,並將其大部分精力用於研究集中式太陽能發電方法。
“在我看來,選擇去麻省理工學院是一條通往拯救人類的道路,”Henry說。”我相信這項技術,相信這是關鍵,是將很多事情引向正確方向的關鍵。”
大膽的思考
Henry在佛羅里達州的薩拉索塔出生,然後在塔拉哈西長大,在那裡他成為一名鼓手。他的父母都是佛羅里達農工大學的教授,他們盡一切努力向他灌輸對其家庭的西非根源的欣賞。當他10歲時,他的母親帶他去參加大學的非洲舞蹈課。Henry說:”我一直被教導要尊重非洲文化,但從未真正看到或聽到過它,那天我完全愛上了鼓。”
在接下來的六年裡,他加入了一個專業的巡迴演出團,並致力於非洲鼓的演奏。當他16歲時,在看到老師的經濟困難後,他決定放棄打鼓生涯。大約在那個時候,他參加了一個為年輕黑人男子舉辦的儀式項目,在那裡他遇到了導師Makola Abdullah,他是佛羅里達農工大學的土木工程教授。Abdullah僱用Henry作為他實驗室的年輕助手,該團隊正在研究埃及金字塔的結構。
Henry回憶說:”這對我來說真的是個轉機,”他說。”我第一次獲得了從事技術工作的報酬,這在那個年齡段是令人興奮的。”
作為佛羅里達農工大學的本科生,Henry繼續在Abdullah的實驗室工作,研究地震引起的振動。他還對原子尺度的振動和熱背景下的原子運動產生了興趣,這使他申請到了麻省理工學院的研究生院。
Henry在麻省理工學院的經歷在學術上是緊張的,有時在經濟上是不確定的,總的來說,在社會上是孤立的,他說,他曾一度是該系唯一的黑人工程研究生。他說:“這種(孤立)激勵著我,我的任務是獲得我的學位。”
Henry繼續努力,與他的導師合作開發熱傳導的分子動力學模擬,並在2009年獲得了機械工程的碩士和博士學位。隨後,他接受了佐治亞理工學院的教職。他隨後明確了自己的研究目標。在橡樹嶺,他學會了做電子結構計算。在西北大學,他進入了可再生能源領域,模擬有前景的太陽能熱化學材料。而在ARPA-E,一個旨在支持高風險、高回報項目的部門,他學會了思考。
“我參觀了侏羅紀公園大小的機械車間,他們在那裡製造世界上最大的渦輪機,還參觀了集中式太陽能發電廠,”Henry說。“那是一次變革性的經歷,我開始對系統級設計感興趣。”
“一個步驟的改變”
他帶著一個冒險的想法回到佐治亞理工學院,提出了一種新的集中式太陽能發電(CSP)。大多數CSP設計都是基於將熱量儲存為熔鹽,並通過金屬管道和泵將液體移動以轉換為電力的想法。但是在儲存熱量時,鹽的溫度是有限制的。高於這個極限的溫度還可能導致金屬管道和泵過快地腐蝕。
Henry說:“我有興趣把這個問題推到極致,看看如何在性能上獲得一個階梯式的變化。”他建議用更耐熱的陶瓷製作管道和泵,並且不在熔鹽中儲存熱量,而是在發光的白熱液態金屬中儲存熱量。
Henry表示:“這是一個激進的想法,而且基於物理學,它是合理的。”
他和他的學生工作了多年,以證明該系統的一個關鍵組成部分,一個高溫陶瓷泵,起初沒有什麼進展。2017年,他們的努力得到了回報,一個可以在高達1400攝氏度的溫度下進行液體循環的泵。這次演示後,他們在《自然》雜誌上發表了一篇文章,以及獲得”最高工作溫度液體泵”的吉尼斯世界紀錄。
Henry說:”這使事情升級,”他當時收到了麻省理工學院教職的面試邀請。當他得到這份工作時,他不確定自己能否接受。當他的工作向前推進時,他正處於復雜的離婚之中。
他說:”我當時處於一個艱難的十字路口。我是留下來,並可能得到我孩子的監護權,還是加倍努力工作,去麻省理工學院,我認為在那裡我有最好的機會來追求這個想法?”
最後,亨利接受了這個職位,並在2018年搬回了麻省理工學院。離婚把他推到了破產的境地,即使他正在建立一個新的實驗室並管理校園裡的教學需求。這是動蕩的一年,但他最終和他的兒子們搬到了波士頓,就在大流行病來臨之前,Henry也獲得了終身職位。
“這對我來說是一種戲劇性的解脫,”Henry說。”在冒著一切風險來到這里之後,你希望有這種安全感,事情會得到解決。”
他正在努力改進”箱中太陽”系統,並在此後用一個更高的溫度泵來打破他的記錄。他還在繼續模擬不同材料中原子的運動,並將這些運動轉換成聲音–這個項目的部分靈感來自於他早期的音樂經歷。
對於他在工作和生活中找到的新平衡,他說:”這非常踏實。我很感激。”