如何高效利用太陽(yáng)能_煤炭清潔高效利用

　　3月11日，日本地震和海嘯導(dǎo)致福島核電站發(fā)生7級(jí)事故；5月31日，德國(guó)宣布將停止使用核電站。與此同時(shí)，國(guó)際原油價(jià)格維持高位運(yùn)行，化石能源的枯竭也近在眼前，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率遲遲得不到提高，風(fēng)能發(fā)電儲(chǔ)能技術(shù)沒(méi)有突破性進(jìn)展且不能平穩(wěn)輸出電能，水能開發(fā)帶來(lái)的局部生態(tài)問(wèn)題成為開發(fā)之痛。
　　吃太陽(yáng)的家伙們
　　事實(shí)上，無(wú)論國(guó)際能源形勢(shì)如何變化，很長(zhǎng)一段時(shí)間之內(nèi)，人類的能源仍然需要依靠太陽(yáng)，這個(gè)可以供給功率達(dá)12萬(wàn)太瓦（1太瓦=1萬(wàn)億瓦）巨大能量的反應(yīng)堆，是人類取之不竭的能量源泉，只要收集1小時(shí)的太陽(yáng)能，就可以滿足目前人類全年的能源需求。為了接受太陽(yáng)的能量，自然界早已為我們準(zhǔn)備好了光合作用發(fā)電廠――綠色植物，我們所要做的就是提高它們的生產(chǎn)效率，并將它們生產(chǎn)的“能量塊”并入我們的能量系統(tǒng)。
　　雖然太陽(yáng)光的總量可觀，但是其分布并不均勻，且不說(shuō)季節(jié)交替造成的日照長(zhǎng)短變化，單單是陰晴變化就能在很大程度上影響植物光合作用的效率。當(dāng)光照強(qiáng)度下降到正常值一半的時(shí)候，玉米的產(chǎn)量甚至?xí)�下�?0%之多。更重要的是，這些吃不飽的植物會(huì)放棄開花結(jié)果，僅僅在水稻籽粒發(fā)育期間降低光照，產(chǎn)量因此會(huì)下降40%以上；而陰雨天的桃子不甜，也是因?yàn)槿~片無(wú)法為它們輸送蔗糖造成的�？磥�(lái)，植物吃不夠陽(yáng)光，以果實(shí)、籽粒為食的人類恐怕要面臨比恐龍更嚴(yán)峻的食物危機(jī)了。
　　當(dāng)然植物也不會(huì)坐以待斃，它們會(huì)想方設(shè)法提高產(chǎn)量。桃樹葉片在長(zhǎng)時(shí)間的弱光條件下，會(huì)變得更薄更大，增加跟光線的親密接觸。同時(shí)，它們還會(huì)調(diào)整葉片中的葉綠素組成，制造出更多的葉綠素b，捕捉那些平常從葉片間輕易溜走的短波（藍(lán)紫色）漫射光。
　　在漫長(zhǎng)的進(jìn)化歷程中，植物只選擇了吸收紅光的葉綠素a和吸收藍(lán)紫光的葉綠素b，利用光的強(qiáng)度著實(shí)有限。實(shí)際上，為了應(yīng)對(duì)弱光環(huán)境，還有些植物還衍生出了吸收長(zhǎng)波光線的色素。就在不久前，研究人員在西澳大利亞鯊魚灣的一個(gè)藻青菌菌落中偶然提取到這種葉綠素，將其命名為葉綠素f。實(shí)驗(yàn)表明，葉綠素f可通過(guò)吸收光譜上限為720納米的光參與光合作用，它們吸收的光線已經(jīng)處于近紅外區(qū)域，比葉綠素b和葉綠素a的吸收光譜更接近紅外。擁有此類色素的植物，可以大大擴(kuò)展種植范圍，甚至有可能在日后的星際旅行中發(fā)揮重要作用――我們很可能會(huì)碰上紅外光占優(yōu)勢(shì)的恒星星系。
　　就目前而言，如果把這些色素的吸收能力都綜合起來(lái)，得到的綜合吸收能力強(qiáng)大的植物，會(huì)比如今的植物捕捉到更多的太陽(yáng)光子，可以大大提高對(duì)太陽(yáng)光的利用效率。
　　玉米和水稻的不同
　　不過(guò)話說(shuō)回來(lái)，低光照不好，高光照更有害。那些被葉綠素吸收但又使用不完的能量，會(huì)唆使活性氧出來(lái)?yè)v亂，破壞葉綠體和細(xì)胞結(jié)構(gòu)，植物也面臨被曬傷的后果。
　　要解決這個(gè)問(wèn)題，就需要將葉綠素吸收到的能量迅速用光，儲(chǔ)存到糖類物質(zhì)中去。而這個(gè)又跟葉片吸收二氧化碳的能力密切相關(guān)�？茖W(xué)家們把目光投向了以玉米為代表的C4植物。
　　與一般的以水稻為代表的C3植物等待二氧化碳滲入氣孔參與光合作用不同，C4植物可以先將二氧化碳與一種叫磷酸烯醇式丙酮酸物質(zhì)結(jié)合形成草酰乙酸（分子中有4個(gè)碳原子）儲(chǔ)存起來(lái)。這就像在葉片中安裝了一臺(tái)二氧化碳?jí)嚎s機(jī)，大大提高了反應(yīng)的強(qiáng)度和效率�？蒲腥藛T正嘗試將C4植物（如玉米）的基因?qū)�入C3植物（如水稻）中去，并且取得了初步成果，這些轉(zhuǎn)基因的植物表現(xiàn)出了部分C4植物的特征，為提高光合作用效率和作物產(chǎn)量提供了新的思路。
　　當(dāng)然，如果像我們這樣的動(dòng)物也能進(jìn)行光合作用，那就減少了很多能源制造和運(yùn)輸，至少生產(chǎn)食物的費(fèi)用能削減不少。不過(guò)，目前來(lái)看這只是幻想罷了。一個(gè)正常成年人在不運(yùn)動(dòng)的情況下，每天要消耗大約4600千焦的熱量�？墒悄壳鞍l(fā)現(xiàn)的光合機(jī)器并不像汽車引擎那么強(qiáng)悍。除去呼吸作用，每平方米葉片在一個(gè)大晴天中只能生產(chǎn)4-6克的干物質(zhì)，即便是把頭頂和腳底板的面積都算上，成年人的平均體表面積不過(guò)2平方米，按能量最高的干物質(zhì)――脂肪計(jì)算（其實(shí)干物質(zhì)大部分是能量不到脂肪一半的碳水化合物），相當(dāng)于最多積累445千焦的能量，勉強(qiáng)夠你閱讀這份雜志所需的能量。如果不長(zhǎng)點(diǎn)支支叉叉，或者像蝙蝠有可以伸縮的皮膜來(lái)吸收陽(yáng)光，恐怕即使全裸在陽(yáng)光下也吸收不到足夠的能量。

相關(guān)熱詞搜索：高效 太陽(yáng)能 利用 如何高效利用太陽(yáng)能 如何利用太陽(yáng)能 怎樣高效地利用太陽(yáng)能