[科学世界]打造清洁世界的最佳方式：“能源采集”

Published 07 Dec.2023 11:23(KST)

Updated 25 Jun.2025 15:24(KST)

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人类是如何获取能源的？早期，人类只是点燃木材或动物油脂等天然资源来获得光和热。后来，人类学会了利用化石燃料烧水获取动力，发明了蒸汽机，由此拉开了工业革命的序幕。又进一步掌握了发电的方法，人类文明由此迅速进步。问题在于，我们至今仍主要依赖地下资源获取能源，而这种方式正是地球变暖的原因之一。那么，难道就没有办法解决这一问题吗？也许很难称得上“完美”的解决方案，但仍然存在一种相对最优的路径——不再“开采”能源，而是“收获（Harvesting）”能源。这一概念被称为“能源收获（Energy Harvesting）”。

能源不会消失，只会改变形态。太阳能变成风能，煤炭中的能量转化为驱动火车前进的动力。也就是说，如果我们能够收集过去被认为无法利用而白白丢弃的能量，那么对能源的担忧就能大大减轻。

人类最早的能源收获形式，或许就是风车和水车。通过收集风力或水力来完成脱谷等工作。与此相对，最新的能源收获技术主要聚焦于生产“电力”。如果在产生高温的部位贴附能将温差转化为电能的热电元件，就可以在那里持续获得电力。利用同样的原理，通过光电元件可以把太阳光转化为电能。利用流体（水或风）的流动带动叶片旋转发电的“涡轮”方式也被广泛采用，这是潮汐能、波浪能发电以及风力发电中大量使用的方法。“压电元件”技术也十分常见，这是一种在受压时可以将机械能转化为电能的特殊材料。

通过能源收获可以获取的能源，大致可以分为三类。第一类是来自自然界的能源，即通常所说的“可再生能源”，包括风能、太阳能（光伏和光热）、潮汐能、波浪能、地热能、水能等。

第二类是收集工厂或发电站等大型生产设施中被浪费的能源。例如，将发电站排放的温排水作为地方供暖或农业、养殖业用热水加以利用，就属于这一类。在工厂和发电站中会产生大量废热，在这些地方安装热电元件，就可以额外获取电力。举例来说，韩国陶瓷技术院正与SK Eco Plant共同在釜山Eco Delta智慧城市国家示范城（计划于2025年完工）内建设氢能发电设施，并在此构建应用热电新材料的工业废热回收示范系统。甚至连互联网数据中心（IDC）都在逐步被要求必须配备此类系统，如今在工业体系中，废热再利用系统正从“可选项”变为“必需品”。

最后一类是收集日常生活中被浪费的能源。比如，可以设想在道路上大面积铺设压电元件，只要汽车驶过就能发电，形成“发电公路”。或者设计冲水时即可发电的马桶，利用体温为智能手机供电的装置等。只要善于构思，就能够通过各种各样的方式收集本来要被浪费的能源。

能源有千变万化的“面孔”，因为它的形态可以自由转化。根据我们的选择，这张“面孔”可以呈现出任何样貌。构建既有利于人类、又能保护环境的能源系统，最终取决于我们的努力。

Jeon Seungmin 科学技术专业作家