針對(duì)當(dāng)今人類面臨的嚴(yán)峻能源挑戰(zhàn)，化學(xué)家們?cè)谙胄┦裁础⒆鲂┦裁?？?lái)自中、美、英、德、日等5個(gè)國(guó)家太陽(yáng)能領(lǐng)域的一流科學(xué)家，去年在德國(guó)召開了第一屆化學(xué)科學(xué)與社會(huì)研討會(huì)（CS3），并于前不久發(fā)布了《用陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)世界》白皮書?？茖W(xué)家針對(duì)大規(guī)模利用太陽(yáng)能所面臨的關(guān)鍵問(wèn)題，提出了創(chuàng)新性的解決思路，這對(duì)于引領(lǐng)世界太陽(yáng)能研究、推動(dòng)太陽(yáng)能技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。自今日起刊登“太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)世界”系列報(bào)道，與讀者分享世界頂級(jí)科學(xué)家們集體智慧的結(jié)晶。

    科學(xué)家們估算，如果人類繼續(xù)以現(xiàn)有的方式使用能源，到2050年全球總能量消耗將在現(xiàn)有水平翻一番以上?！队藐?yáng)光驅(qū)動(dòng)世界》白皮書強(qiáng)調(diào)，化石燃料是一種不可持續(xù)的資源，而太陽(yáng)能已被公認(rèn)為是最具潛力的替代能源，太陽(yáng)每小時(shí)向地球提供的能量比全世界一年所消耗的能量還要多。我們今天所面臨的科學(xué)挑戰(zhàn)是：如何使太陽(yáng)能利用滿足人類的需要？

    國(guó)際化學(xué)界在尋求用太陽(yáng)能來(lái)解決21世紀(jì)全球能源問(wèn)題時(shí)發(fā)出了自己的聲音。

    太陽(yáng)能利用核心在化學(xué)

    為了推動(dòng)利用太陽(yáng)能解決全球能源危機(jī)的國(guó)際合作和開創(chuàng)新思維，來(lái)自中、德、美、英、日等5個(gè)國(guó)家化學(xué)會(huì)的30位頂級(jí)科學(xué)家在去年召開的第一屆化學(xué)科學(xué)與社會(huì)研討會(huì)（CS3）上，將焦點(diǎn)集中于幾個(gè)問(wèn)題：怎樣才能獲得人類所需規(guī)模的太陽(yáng)能？如何轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存太陽(yáng)能？用太陽(yáng)能滿足世界能源需求必須解決的最緊迫問(wèn)題是什么？

    在CS3研討基礎(chǔ)上形成的白皮書指出：化學(xué)在認(rèn)識(shí)太陽(yáng)能的潛力方面將扮演核心角色。因?yàn)槟芰繌囊环N形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，幾乎都涉及到化學(xué)反應(yīng)。要想用經(jīng)濟(jì)可行且可持續(xù)的方法開發(fā)驅(qū)動(dòng)這些化學(xué)反應(yīng)的新材料和新工藝，首先要在分子水平上理解這些化學(xué)反應(yīng)。

    投資化學(xué)就是投資未來(lái)

    對(duì)上述問(wèn)題的深入探討，使科學(xué)家們形成了這樣的共識(shí)：

    首先，今天的科學(xué)就是明天的技術(shù)。對(duì)于能源問(wèn)題沒(méi)有最佳的單一解決辦法，科學(xué)家與社會(huì)應(yīng)該共同探索下一代可選擇的各種能源，尋求一個(gè)經(jīng)濟(jì)上可行且可持續(xù)的解決辦法。由于提前預(yù)測(cè)科學(xué)突破或者判斷今天我們探索的技術(shù)在未來(lái)是否先進(jìn)是困難的，因此不應(yīng)對(duì)科學(xué)研究預(yù)設(shè)前提。

    其次，人類對(duì)化學(xué)的投資就是對(duì)未來(lái)發(fā)展的投資。要確認(rèn)太陽(yáng)能的潛力，必須制定一個(gè)有效的化學(xué)基礎(chǔ)研究計(jì)劃。新材料的發(fā)現(xiàn)和新工藝的設(shè)計(jì)，對(duì)于促使太陽(yáng)能發(fā)展成為人類可以大規(guī)模應(yīng)用的能源是必不可少的工作。

    再次，今天化學(xué)專業(yè)的學(xué)生就是明天的能源科學(xué)家。人類社會(huì)需要新一代能源科學(xué)家不懈探索，開辟在太陽(yáng)能俘獲、轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存方面的創(chuàng)新途徑。因此開發(fā)可大規(guī)模使用太陽(yáng)能的技術(shù)需要長(zhǎng)期的努力，應(yīng)鼓勵(lì)年輕人在更寬廣的范圍內(nèi)，關(guān)注開發(fā)太陽(yáng)能過(guò)程中所面臨的科學(xué)挑戰(zhàn)。

    開發(fā)用得起的太陽(yáng)能技術(shù)

    硅基光伏（PV）電池目前是利用太陽(yáng)能的最普遍方法，但純硅片的昂貴成本限制了它的廣泛使用。無(wú)論多么有效的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)，只有在成本可承受的情況下才可能推廣應(yīng)用。白皮書發(fā)布的內(nèi)容顯示，對(duì)于開發(fā)有效且經(jīng)濟(jì)上可行的太陽(yáng)能技術(shù)，科學(xué)家提出了優(yōu)先研究目標(biāo)。

    目標(biāo)一：把太陽(yáng)能變?yōu)榛瘜W(xué)燃料這里指的是模擬自然界中植物光合作用的人工光合成，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，化學(xué)家們必須開發(fā)并商業(yè)化生產(chǎn)出用于人工光合成的兩個(gè)主要工藝過(guò)程――光解水和CO2還原的化學(xué)催化劑，這種催化劑必須是以地球上資源豐富且價(jià)廉的材料為原料。同時(shí)，采用不需要外部犧牲電子給體的方式，把光解水和CO2還原結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)制出“人工樹葉”。

    目標(biāo)二：獲得已存在于自然界的太陽(yáng)能這一目標(biāo)是指通過(guò)非農(nóng)作物生物質(zhì)把自然界轉(zhuǎn)化到植物中的太陽(yáng)能，間接地提取出來(lái)，變成生物燃料。要完成這一目標(biāo)，化學(xué)家們必須開發(fā)出能用來(lái)創(chuàng)制更多生物質(zhì)的生物化學(xué)方法；同時(shí)開發(fā)出能夠改善生物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率的催化過(guò)程。

    目標(biāo)三：把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能生產(chǎn)成本過(guò)高限制了將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為電能的PV電池的廣泛應(yīng)用。要普及PV電池，化學(xué)家們必須開發(fā)出低成本、無(wú)毒、地球上儲(chǔ)量豐富的下一代PV材料。

    目標(biāo)四：儲(chǔ)存新收集和轉(zhuǎn)化的太陽(yáng)能在利用太陽(yáng)能的過(guò)程中，人們不僅需要將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能源，還需要開發(fā)將轉(zhuǎn)化后的能源儲(chǔ)存起來(lái)以備使用的系統(tǒng)，這是一個(gè)高難度的課題。在構(gòu)建低成本、可持續(xù)發(fā)展的太陽(yáng)能儲(chǔ)存系統(tǒng)之前，化學(xué)家們必須開發(fā)出低成本、以地球上高豐度元素制備、可用于構(gòu)建太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存系統(tǒng)的新型催化劑和材料。