其实地球是一台发电机

陶颖

我们生活的地球是一颗会发光的星球。不过，它发出的并不是太阳那样强烈耀目的可见光，而是肉眼无法感知的红外线。红外辐射蕴含着巨大的能量，美国哈佛大学的科学家提出，这种能量不应被白白浪费，它是一种被人们长期忽视的宝贵的可再生能源。

24小时持续发电

与其他清洁能源一样，红外辐射发电利用的也是热力学原理——每当有能量从高温处向低温处流动时，就能获得可再生能源。比如，太阳能电池利用的是光能从太阳（高温）向地球（低温）的流动，将光能转换为电能。

据估算，地球表面以红外辐射形式释放的总热量约为2 000亿兆瓦，其中大部分被地球大气层吸收。但是，大气层对于波长8～13微米的红外辐射却没有阻挡作用，结果就造成了地球热量的持续外泄。

那么，从地球逸出的这股热能的发电能力究竟有多强呢？根据相关监测设备采集到的数据，哈佛大学研究人员计算后得出，利用红外辐射发电设备可获得的发电量大约是普通太阳能电池的十分之一，发电效率为15%。这一数字显然并不可观，但是研究人员看中的并非是发电量的多少，而是发电时间的可持续性。

发电效率尚待突破

目前对于红外辐射发电来说，最大的问题在于如何提高发电效率。最简单的方法是采用一种可将热能转换成电能的热电板，令热电板的温度低于周围环境温度，当地表散发的热量流经热电板时就会因温差形成电流。但是，现有热电板的热电转换效率非常低，流经的热能通常仅有百分之几被转换为电能，使得这种方法几乎不具备实用性。

为此，哈佛大学的研究人员提出了一种以微波整流天线为基础的新设想。整流天线能接收和传输电磁波，可与带二极管的电路相连。这种微波整流天线的能量转换效率可以达到70%。但是，要将其运用到红外辐射领域并不容易，因为红外辐射的波长仅有微波的万分之一左右，因此红外整流天线的长度也要相应地缩短。

随着近年来微型天线制造技术的日益发展，红外整流天线的研发已成为可能。它在外观上与常见的屋顶天线无异，只不过尺寸仅是后者的百万分之一。研究人员设想，将配备有红外整流天线的微型热量采集装置整合到传统的太阳能板上，以增强其发电能力和延长供电时间。

将设想变为现实还有不少工作要做。首先，现有红外整流天线产生的电压太小，不足以形成足够大的电流。此外，特定波长的红外辐射产生的交流电电压极不稳定，现有的普通二极管很难与其配合工作。也许，要从根本上解决问题，还有赖于目前尚处研发初级阶段的新一代二极管的早日问世。

编辑/张怀宇