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2012年世界科技发展回顾[图]
发表时间 2013-01-04 11:20 来源 未知

  美国

  页岩气开发牵动世界能源格局;太阳能电池转化率再攀新高;国家点火装置研究目标转向研究核武器。

  田学科 (本报驻美国记者)8月,美国对页岩气的开采已占天然气开采总量的约四分之一,据称到2035年这一比例将提高到约50%。而到2015年美国将超越俄罗斯成为全球最大天然气生产国。有外媒评论,美国的页岩气成功开发极有可能成为全球页岩油气开发的“引擎”,驱动能源产业出现一场革命。

  加州大学洛杉矶?#20013;?#23558;聚合物太阳能电池的光电转化效率由2011年的8.6%提高到10.6%,新电池含有能吸收可见光和红外线的两层光伏薄膜,可用于建筑物墙壁和窗户;佛罗里达大学尝试对石墨烯材料掺杂三氟甲基磺酰胺,处理后的石墨烯太阳能电池能量转化率高达8.6%,创造了全新的转换纪录;国家可再生能源实验室利用纳米技术制成了转换效率可达18.2%的黑硅太阳能电池,首次证明借助纳米结构的半导体也能制成性能良好低成本的太阳能电池;莱斯大学利用纳米粒子可直接将太阳能转换成蒸汽,甚至可从冰水产生蒸汽,并拥有24%的综合能效;而使用新概念设计出的一种由砷化镓制成的太阳能电池模型,已取得了高达28.3%的转化效率;用钨丝制造的设备可直接利用阳光的热能发电,其光电转化效率高达37%,性能优于目前最好的硅基太阳能电池。

  科学家利用光以波的形式流过金属表面并与金属相互作用原理,设计出一?#20013;?#28938;接技术,依据表面等离子体光?#21451;?#37319;用一束简单的光将纳米线焊接在一起,有望促成新式电子设备和太阳能设备的出现;麻省理工学院找到一种可降低硅厚度的新途径,在保持电池高效的基础上最高变薄90%,从而降低薄膜太阳能电池的制造成本。

  3月,由国家点火装置所发射出的激光在经过最后一个聚焦透镜后达到2.03兆焦,成为世界上首个2兆焦能量的紫外激光,即使在经过光学损耗后,其射于靶?#33402;?#20013;心的激光也高达1.875兆焦,成为目前最亮的“人造太阳”。而12月,国家点火装置扭转研究方向,焦点由“能源”变为了“核武器”。众多物理学家情感和理智都?#23721;越?#21463;而对这一决议大加批评,认为政府考虑轻率,对核聚变能源的探索将使美国在新一轮科技竞争中站稳脚跟,更有可能推动人类文明的进程。而现在却选择了保持?#32422;和?#24913;力的武器库。

  洛斯阿拉莫斯国家实验?#19994;?#26426;构首次演示了利用热管冷却小型核?#20174;?#22534;,借助平顶裂变实验产生了24瓦电力,并驱动了内华达国家安全网站设备的斯特林引擎,总花费不到100万美元。这次成功演?#23616;?#26126;,可靠的小型核?#20174;?#22534;有望被用作新型太空飞行动力?#20302;场?/p>

  能源部布鲁克海文国家实验室开发出用于电解水的催化?#31890;?#37319;用相对廉价的材料解决了从清洁水中获取氢气的问题,研发的镍钼氮化物催化剂为纳米片状结构,开启了新的?#34892;?#27682;催化模式;萨瓦那河国家实验室利用含三氢化铝的轻型材料制成了小型储氢容器,该材料具有极高的储氢能力,还具有较低的质量和有利的放电状态。实验证明其氢?#22836;?#29575;适合为小型商用燃料电池提供动力,为未来大规模制造便携式发电?#20302;称?#24179;了道路,在军用和商用领域都可能得到应用;罗?#39038;?#29305;大学将一种纳米晶体与廉价的镍催化剂结合,改进了一种光照制氢?#20302;常?#31283;定性强、能?#20013;?#29983;产氢气?#39029;?#26412;低廉。

  为解决核废料存储问题,科学家研制出一种晶体化合物“圣母大学硼酸钍-1(NDTB-1)”,能安全地吸收核废料中放射性离子。一旦这些放射性粒子被捕捉到,其可以与同样大小的、带电荷更多的材料相?#25442;唬?#23558;核废料回收再利用,这为核废料“变身”清洁燃料扫清了障碍。

  劳伦?#20849;?#20811;利国家实验室利用一种对人类无害的病毒,开发出将机械能转换成电能的技术。其利用特别设计的病毒涂在电极上,用手指轻敲邮票大小的电极,病毒即会将敲击的力量转换成电流。新技术首次向个人发电机、在纳米器件中使用驱动器及基于?#26031;?#24615;毒菌的电子设备迈出富有前景的一步;佐治亚理工学院开发出一种透明的柔性摩擦发电机,这种微型发电机能“感觉”到一根羽毛飘落下来产生的压力,能将散步这类机械能转化为电,能用来制造自供电的触摸屏,在电子产品、环境监测以及医疗设备制造等领域具有巨大的应用潜力。

  莱斯大学研究人员开发出一种几乎可以喷涂在任何物体表面上的锂离子电池。这种可充电电池组成的喷漆,每一层?#21363;?#34920;着传统电池的组件;伦斯勒理工学院的研究人员将世界上最薄的材料石墨烯制成一张纸,用激光或照相机闪光灯的闪光震击,将其弄成“千疮百孔”状,?#29575;?#35813;片材内部结构间隔扩大,以允许更多的电解质“润湿”及锂离子电池中的锂离子获得高速率通道的性能。这种石墨烯阳极材料比如今锂离子电池中惯用的石墨阳极充电或放电速度快10倍,甚至在超过1000个充电/放电周期后仍能成功运行。

  英国

  政府仍支持核电;公布碳捕获与储存项目(CCS)计划路线图;推出《英国生物能源战略》。

  刘海英 (本报驻英国记者)自2011年3月日本大地震引发福岛核电站事故后,英国关于核能的争论久久不歇,直至2011年10月福岛核事?#39318;?#32456;调查报告表明核能对于英国来说?#21069;?#20840;亦是不可或缺的。此后,英国政府开始鼓励核能领域的研究,新建核电站项目再次步入视野。虽然在2月底,时为世界上最老的现役核电站——英国奥尔德伯里核电站正式退役,但其后英国Horizon核电项目的国?#25910;?#26631;表明了英国对核电的支持态?#21462;?/p>

  4月,英国在首个CCS路线图中提出,?#24230;?0亿英镑启动新一轮的CCS招标计划;投资1.25亿英镑?#25163;鶦CS技术研发,其中包括?#24230;?300万英镑建立英国CCS研究中心。

  4月下旬,英国政府在第三届清洁能源部长级会议期间推出《英国生物能源战略?#32602;?#24182;在10月出资200万英镑鼓励企?#21040;?#34892;生物能源技术研发。

  除继续加强海上风能的建设?#24230;?#22806;,英国开始关注潮汐能的利用。1月,政府宣?#21152;?#22269;西南部为英国第一个海洋能源区,立志将此地区建成利用海洋可再生能源的典范;4月,能源与气候变化?#31185;?#21160;海洋能源阵列示范项目,出资2000万英镑支持两个潮汐能商业化前的示范项目。

  7月,研究人员利用X射线技术,从纳米水平研究?#25628;?#21270;钙基材料的碳捕获和水合过程,有望带来一种可大规模使用且经济高效的碳捕获和存储方法;9月,研究人员借助一?#32622;?#20026;罗尔斯通氏菌的细菌,将废弃食用油作为原料生产可?#21040;?#22609;料,这一技术工业化生产后可大大减少环境污染;11月,包括英国科学家在内的一国际研究团队研制出一?#20013;?#22411;催化?#31890;?#21487;在150摄氏度这个相?#36234;?#20302;温?#35748;?#30452;接将甲醇转化为氢,且产生很少的一氧化碳,这一催化剂可能成为制备用于手机等设备的小型、高效燃料电池的关键。

  俄罗斯

  研制acetam的火箭发动机新燃料;启动“北极浮动大学”科研考察活动;投资发展便携式移动电源项目。

  张浩 (本报驻俄罗斯记者)2月,俄罗斯动力机械科研生产联合体创新中心对外表示,研制出一种称为acetam的火箭发动机新燃料。这种燃料能显著提高火箭的动力载荷效率和经济性,使用该燃料的运载火箭能将?#36865;?#22320;球同?#28966;?#36947;的负载量提高近30%,同时增强高超音速宇宙飞行器的发射动力。使用新燃料的火箭发动机将逐渐取代煤油—氧发动机,发射成本每年可节约数十亿卢布。

  8月,由俄地理学会组织的“北极浮动大学”科研考察活动正式启动。考察队前往法兰士约瑟夫地群岛进行生态环境考察,对两个?#27827;?#23637;开环境清理,同时为俄罗?#39038;?#25991;气象和环境监测局收集重要数据,以便气象学家们?#36234;?#26399;冬季天气作出最高准确性的预测。?#27599;?#23519;活动得到了俄罗斯总?#31216;站?#30340;赞赏,?#31449;?#25552;议地理学会每年?#30002;?#32455;浮动大学的北极科研考察活动。

  9月,俄罗斯国家纳米技术公司决定向一家美国企业拥有的便携式移动电源项目投资2500万美元,以发展燃料电池技术。这种移动电源使用的燃料为储存在小盒中的液体丁烷,借助于化学?#20174;?#21487;以通过USB接口向智能手机、平板电脑、电子书、MP3播放器等电子产品充电。与锂电池相比,这种基于燃料电池技术的便携式移动电源更为高效可靠。

  10月,俄罗斯按照合同完成了对“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”的首次供?#37232;?#21363;提供环向场线圈所用的超导线。ITER装置是一个能产生核聚变?#20174;?#30340;超?#32426;?#20811;马克实验装置,被视为是人类解决未来能源问题的希望。超导线构成的环向超?#21363;?#20307;是ITER实验堆装置的关键部件之一。

  法国

  用钴合成两种可替代铂催化剂的新材料;第二代生物燃料生产技术取得突破。

  李钊 (本报驻法国记者)10月,原子能委员会、国家科研中心等机构研究人员成功合成两种可在中性环境下工作的钴催化?#31890;?#20854;中一种由钴纳米粒子组成,它具有两种不同形态,可分别对生成氢气和产生氧气的?#20174;?#36215;催化作用。该催化剂可在两?#20013;?#24577;间相互转换,成为不含贵金属?#30446;?#36716;换催化剂。这种使用钴合成两种可以替代铂催化剂的新材料,使氢能源制取低成本化成为可能。

  9月13日,法国生物技术公司Deinove宣布,成功分离出一种称作“奇球菌”的菌株,能在不需要?#28014;?#37237;母或抗生素等添加剂的情况下,直接将复杂的生物原料分解成单糖并转化成乙醇。这种可用来生产第二代生物乙醇的细菌菌株,能简化生产过程并降低生产成本。

  德国

  组建“可再生能源?#25945;?rdquo;;大力发展海上风场;LED/OLED技术发展迅速;推进国家电动汽车?#25945;ǎ?#25193;建电动汽车加氢站。

  李山(本报驻德国记者)4月,联邦环境部(BMU)组建了由“能源转型”政策实施过程中相关方共同参与的“可再生能源?#25945;?rdquo;。目前,德国由可再生能源生产的电力已占总电力供给的20%,而2020年的目标是35%。

  德国风电装机总量接近3万兆瓦,已经成为德国最重要?#30446;?#20877;生能源。其中,自2001年11月以来,德国共批准建设28座海上风电园,目前还有84座待批,而到2030年的目标是海上风电园装机容量达2500万千瓦。

  不莱梅大学开发出一种智能控制?#20302;常?#21487;以使风力发电设?#29238;?#22909;地适应多变的风力强度,降低?#25910;?#29575;。?#36865;猓?#24503;国还在进行高温超导(THS)输电试验,计划在埃森市中心两座变电?#23616;?#38388;铺设世界最长(1公里)的高温超导输电电路。

  欧司?#20351;?#21496;(OSRAM)制造出高性能蓝白光LED原型硅芯片,首次成功利用硅晶圆基板取代蓝宝石基板制作LED芯片;研究人?#34987;?#30740;发出了新型超高亮度LED?#31216;?#22343;匀照明技术以及可模拟风过云移、光线变幻的自然状态的特殊房顶光源;巴斯夫公司与飞利浦公司合作将透明有机发光二极管和太阳能电池技术用到汽车车顶照明中,使其既可作车辆透视天窗,又能利用太阳能进行充电;德国雷根斯堡大学在纯有机分子的基础上,利用成本低得多的材料研发出了“单线态收获”的新电致发光方法。

  通过国家电动汽车?#25945;?NPE)的稳步推进,重点加强电池的研究和开发。相关创新包括德国人工智能研究中心研发的模块化智能电动汽车,以及弗劳恩霍协会研发的,可在45分钟内将常用的电动汽车电池充电至80%,并可集成到电动车上的三段式充电装置;德国开始扩建电动汽车加氢站,将从现有的14座扩建到50座。从而初步形成网络化覆?#29301;?#33021;够为全国多达5万辆的氢燃料电池汽车提供加氢服务。

  最大的生物炼油示范厂?#24230;?#36816;行,利用生物技术实现了秸秆粉碎到?#21442;?#32420;维酶分解到糖发酵的完整转换过程,年产1000吨乙醇,且碳排放呈中性。

  研究人员开发出水体细菌和微生物快速检测新技术,可直接在现场使用,一个小时内即可检测确定水体内细菌和微生物含量;在开发二氧化碳微生物转化技术方面取?#23186;?#27573;性成果,从?#32622;?#21457;电厂烟道中筛选出29种能高效转化?#29575;?#27668;体并具有良好成长性的微生物。

  日本

  首次观测解析海下深层部分温度;建设海上浮动式风力发电基地;核发电回归为零;将实施“海洋温度差发电”项目。

  葛进 (本报驻日本记者)气象厅通过对深层次海水的观测解析,证明伴随地球暖化,海面?#20102;?#28145;700米的海水水温正在以每10年0.02摄氏度的速度上升。这是世界上首次?#38498;?#38754;下深层次部分的温度进行观测解析。

  由日本经济产业省主导,日本11家企业与大学合作,计划在距福?#21512;?#28023;岸20到40公里建设一座海上浮动式风力发电基地。该基地的建设分两个阶段,建成后的总发电量可达到1万6000千瓦。

  5月7日,位于北海道的泊核电站停止运行,自1970年来日本核发电回归为零。虽然7月日本核电站又开始运行,但此次停运显示了日本弃核的决?#27169;参?#26410;来逐步降低核电比例埋下伏?#30465;?/p>

  7月,神户?#34892;?#24067;通过与制酒公司以及?#31216;?#20844;司的合作,该市下水处理厂能够用这些公司提供的食物加工残留物与淤泥混合,从而生产出可供3000户家庭使用的生物燃气。

  在冲绳县久米岛町将开始实施“海洋温度差发电”项目,即利用水温较高的表层海水与较冷的深层海水的温差发电。其将在2013年3月前建立起小型实证设备,同时研究降低这种发电方式成本的方法以及?#25945;?#26410;来建立海上发电站?#30446;?#33021;性。

  宇宙航空研究开发机构通过水循环变动观测卫星“水滴”的数据发现,覆?#28508;?#20912;洋海面的海冰9月达到观测以来最小面积,约349万平方公里,仅为上世纪80年代平均值的一半。

  新能源产业技术综合开发机构联合日本企业和美国新墨西哥州政府,开始在美国新墨西哥州进行“灵巧电网”实证项目运行试验。该项目被称为下一代电力网,目的是配合供电不稳定的再生能源开发。由于整合了信息通信技术,该电网可以灵活对电力需求和供给进行调节。

  气象厅发?#32426;?#35745;数据显示,9月的世界平均气温比往年要高0.24摄氏度,是自1891年有记?#23478;?#26469;的最高气温。分析认为,气温升高的原因主要是?#29575;?#27668;体的浓度上升以及气候异常变化频率的不?#26174;?#21152;。

  韩国

  首次发现可大规模储存二氧化?#24049;?#27915;沉积层;提高可再生能源义务配额;开发出海洋生物氢气技术。

  薛严 (本报驻韩国记者)5月,国土海洋部表示,首次发现可大规模储存二氧化碳的海洋沉积层。该部有关人员表示,此次发现的沉积层位于蔚山以东60至90公里的大陆架附近,深度在800米至3000米之间,二氧化?#21363;?#23384;量可达51亿吨。韩国政府表示,掌握该地区具体地质结构后,将于2015年前决定是否将其确定为二氧化碳的储存场所。

  6月,知识经济部表示,政府将建设100兆瓦太阳能设备,推进太阳光产业的发展。计划将可再生能源义务配额从2012年的230兆瓦提高到2013年的330兆瓦。?#36865;猓?#23558;对消耗电力较多的法人实行义务使用一定比重?#30446;?#20877;生能源制度,同时对相关产品研发企业提供出口退税等激励措施,让其更容易获得出口保函。该部门还表示,太阳光项目综合研发中心将在未来5年?#24230;?500亿韩元(约合人民币8.3亿元)开发有关技术和产品。

  7月,国土海洋部表示,海洋研究院首次开发出海洋生物氢气技术,即利用生活在太平洋深海海底的微生物“超?#28909;?#21476;细菌”将一氧化碳转换为氢气。该技术既能减少一氧化碳排量,又能生产氢气,其效率最高可达目前采用的厌氧细菌的15倍。这是该国在世界上首次开发出利用深海微生物将一氧化碳转换为氢气的技术。如果2018年前实现商用化,预计每年可以生产1万?#26234;?#27668;,供5万辆氢燃料汽车运行一年。

  以色列

  将新能源产业和水技术并列为“以色列新技术”计划;举办“以色列新能源展”;开发出用细菌既处理污水又发电技术。

  冯志文 (本报驻以色列记者)政府鼓励居民使用新能源,全国家用?#20154;?#28909;源93%都是采用太阳能,?#21344;?#29575;全球第一。太阳能光伏发电站发展也非常迅速。

  9月在特拉维夫市举办的“以色列新能源展”为新能源的发展起到了积极推动作用。主要关注光伏、太阳能热能技术、风能、生物质能以及效能议题等,共有40多个国家的100多家展商参展。

  Emefcy公司开发出一种高效污水处理技术,用带电细菌处理污水,处理的同时可以发电。该公司因为该技术被选定为纽约第五次年度能源财经峰会“2012年新能源?#30830;?rdquo;的10家公?#23616;?#19968;;被誉为世界海水淡化先导的以色列IDE公?#24452;?#23478;拥有低温多效与反渗透两项技术,凭借投资少、耗能低、造建周期短等?#25856;?#21344;据了全球90%的海水淡化市场。

  在建的Soreq海水淡化厂将是世界上最大的海水淡化厂,年生产量1.5亿方水。2013年以色列将每年通过海水淡化生产5亿方的生活用水,届时以色列全国35%的生活用水将来?#38498;?#27700;淡化。

  以色列发明的节水灌?#35748;低?#23558;农业用水的利用率提高到70%到80%,该技术的发明人丹尼尔·希勒尔因在干旱地区开创性的使用滴灌技术而获得世界农业领域的“诺贝尔奖”——2012年世界粮食?#34180;?/p>

  南非

  开征轮胎税;履行《综合资源规划2010》;推出“可再生能源独立发电厂商计划;批准碳捕获与封存路线图;政府“放行”页岩气勘?#20581;?/p>

  李学华 (本报驻南非记者)为加强废旧轮胎管理而推出新举措:从2月1日起,将对所有本地制造或进口的轮胎征?#22467;?#31246;率为2.3兰特/公斤。此项新税所得将用于废旧轮胎的回收利用。环境部最终选取“南非回收与经济发展倡议公司(REDISA)”提交的方案作为解决?#19979;?#32974;问题的新模型在全国推行,要求所有与轮胎有关的企业,必须对照REDISA方案进行调整,使?#32422;?#30340;经营活动符合其要求。违反规定者将面临最多10万兰特或入狱3年的处罚。

  根据南非政府制定的《综合资源规划2010?#32602;?#22312;2030年之前,南非要新建可再生能源发电能力为17800兆瓦。2016年之前是实施该规划的第一阶段,南非将新建可再生能源发电能力3725兆瓦,具体如下:风力发电1850兆瓦、太阳能光伏发电1450兆瓦、太阳能集热发电200兆瓦、生物质发电12.5兆瓦、生物沼气发电12.5兆瓦、垃圾填埋气发电25兆瓦、小型水电75兆瓦、最大发电能力低于5兆瓦的小型发电项目100兆瓦。

  为吸引私人和国外?#26102;?#25237;资电力建设,能源部推出“可再生能源独立发电厂商计划(IPP)”,邀请国内外投资者竞标。迄今已进行两轮招标,第一轮有28家公司中标,总共要新建发电能力1416兆瓦,合同投资额达470亿兰特;第二轮有19家公司中标,将新建发电能力1044兆瓦,预计投资280亿兰特。2013年还将有三轮招标,预计吸引总投资额将超过1000亿兰特。

  5月,南非政府批准了由南非碳捕获与封存(CCS)研究中心建议的CCS路线图。该路线图将分为五个阶段:进行CCS潜力评估;编制CCS地理信息图册;进行二氧化?#30002;?#20837;试验,将在2016年前完成;2020年开始十万吨级项目示范;2025年实?#32622;?#24180;封存百万吨以上二氧化碳的大型项目的商业化运行。前两部分现已完成。

  由于,2011年初壳牌公司申请在估计页岩气储量为435万亿立方英尺的南?#28508;?#24320;普省卡鲁盆地进行钻探,遭到了环保组织的强烈反对,南非政府被迫于2012年4月宣布暂停审议壳牌的申请。而9月在审议了一个跨部门专业委员会对水力压裂法进行的安全性评估后,南非政府决定解除对在卡鲁地区进行页岩气勘探的限制。专?#39029;疲?#39029;岩气的开采将使南非目前依靠煤炭的能源结构发生根本性的改变,为南非经济发展带来强大助力。

  《科技日报》(2013-01-04 二版)

  (中国科技网)

  责编:董子凡

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