CO²电池的发展或许会掀起一场可再生能源革命

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编者按：CO²电池（二氧化碳电池）在成本、碳排放量、可推广性和生命周期方面都具有优势，它的飞速发展可能会引发一场可再生能源革命，使化石燃料和核能成为过去。本文来自编译，希望对您有所启发。

Photo by Karsten Würth on Unsplash

在当今这个时代，我们依旧在通过开采和燃烧石油来提供能源，这似乎很疯狂。这种古老的方法不仅会破坏地球，而且耗资巨大，甚至会引发战争。但最近的一项创新可能会使化石燃料，甚至一些新一代能源完全过时，因为它使太阳能和风能变得更便宜、更环保。欢迎来到 CO²电池（二氧化碳电池）的神奇世界。

首先，什么是 CO² 电池？

这是一个通过在一个闭环中改变二氧化碳的状态，以此来储存能量的系统。当电池放电时，它只是一个充满二氧化碳气体的巨大圆顶（dome）。而当电池充电时，二氧化碳被泵出圆顶并被压缩和加热。热量被转移并储存在一个被称为 TES（热能储存）的装置中，该装置将二氧化碳转化为一种冷的、致密的液体，然后储存在储罐（tanks）中。现在能量以热量的形式储存在 TES 中，以高压的形式储存在液态二氧化碳储罐中。

电池放电是一个两步过程。首先，打开储罐，释放高压液态碳。随着碳从容器中释放出来，压力下降，导致二氧化碳重新转变为气体并迅速膨胀。然后这些气体通过 TES，在那里被加热并进一步膨胀。这种双重膨胀会产生巨大的压力，通过涡轮推动发电机旋转发电。然后二氧化碳气体被泵回圆顶，为电池再次充电做好准备。

因此，这是一个相对复杂的套件，由于它需要大型储罐，所以短期内你可能找不到利用这种方式供电的电动汽车。但是是什么让这种奇怪的电池如此具有革命性呢？在我看来，它的革命性的主要体现在这四个方面：成本、碳排放量、可推广性和生命周期。这些因素使其成为电网电池的理想选择。

目前来看，风能和太阳能非常出色，它们创造了大量的能源，而且几乎没有碳排放！但风并不总是在吹，太阳并不总是照耀。因此，我们需要利用巨型电网电池在能量过剩时存储能量，然后在短缺时释放能量。

Rendering of a Tesla grid battery — Tesla

目前用于这一过程的电池是锂离子电池，与电动汽车、笔记本电脑和手机使用相同的技术。但是 CO² 电池更适合用于电网电池。

它们的主要优势是成本低。买过电动车的人都知道，换一块新电池很贵。但是，由于 CO² 电池可以用容易获取的材料制造，它们可以以大约一半的成本制造，使风能和太阳能发电厂更容易负担得起。

二氧化碳电池的第二个优势是对环境的影响要小得多。锂离子电池并不是你想象中的环保天使。建造它们需要大量的能源和交通运输，因此其生产会产生相当大的碳排放量。此外，获取原材料所需的锂矿开采也存在大量的环境问题和人道主义问题。而且另一方面，二氧化碳电池还可以使用现成的回收材料制造，这使得它对于我们珍贵的星球更加环保。

锂离子电池的生产过程并不环保（Photo by Dominik Vanyi on Unsplash）

这也意味着二氧化碳电池更容易推广开来。我们现在正一头栽进电池危机中，材料供应链无法应对近年来电池需求飙升的速度，这就是锂、镍、锰等原材料价格暴涨的原因。但是二氧化碳电池不存在同样的供应链问题，这意味着成千上万的 CO² 电池可以轻松快速地被制造出来。所以，从理论上讲，全世界都能以极快的速度接受这项技术。

最后，我们来谈谈生命周期。任何一个拥有 iPhone 的人都会告诉你，锂离子电池不能永远使用。每次充电，电池的内部结构都会退化，随着时间的推移，电池容量会缩小。现代高端锂离子电池最多可以充电 2000 次，但廉价的锂离子电池只能充电几百次，性能就会严重下降。这意味着锂离子电网电池大约每十年就需要更换或扩展一次。这不仅是一笔相当大的开支，而且还会通过额外的碳排放和采矿造成更多的生态破坏。但同样，CO² 电池要优越得多，因为它不会退化。理论上，这些电池可以在定期维护的情况下使用数百年，这意味着它们成本更低，对生态的影响也更小。

然而，CO² 电池并不是完美的解决方案。锂离子电池的效率约为 99%。这意味着如果你用 1 千瓦时充电，你会得到 0.99 千瓦时回来。这种高效率意味着我们需要更少的太阳能电池板和风力涡轮机来保持高功率输出。然而，CO² 电池却远远落后，最高只能达到 80% 的效率。这意味着我们需要建造更大的太阳能和风能发电厂，来获得同样高的功率输出。这将增加成本，产生更大的碳排放（通过生产更多的电池板和涡轮机)，并可能增加生物栖息地的丧失（特别是太阳能）。

我们需要建造更大的太阳能和风能发电厂，来获得同样高的功率输出。（Photo by Zbynek Burival on Unsplash）

但是，CO2 电池低廉的成本应该足以抵消需要更大场地的成本和碳排放量。大型太阳能发电厂造成的土地损失也可以通过现代化、更高效率的太阳能电池板和精心的生态规划来缓解。

因此，总的来说，CO² 电池可以使风能和太阳能更便宜，并减少它们对环境的总体影响。

如此令人难以置信的产品可能会启动一场可再生能源革命。当你可以从 CO² 电池支持的太阳能或风力发电厂获得更多的电力，并减少环境污染时，你为什么还要费心研究核能或保持燃气发电厂的运行呢？发展中国家会认为这是一种快速发展能源基础设施的方式，而且成本更低，还能带来额外环保的好处，而发达国家会认为这是一种廉价和可持续的方式（考虑到当今的经济，这是相当重要的）。

为什么要用核能和天然气呢？（ Photo by Dan Meyers on Unsplash）

我认为这些电池“可以掀起一场可再生能源革命”。这一翻天覆地的变化已经开始了，因为第一批 CO² 电池已经由 Energy Dome 公司制造出来了，也正是该公司发明了这一概念。而 CO² 电池的概念是在 2020 年 2 月才构思出来的，这表明了这项技术的发展、实施和规模化的速度有多快。它没有复杂的制造过程，没有重大的安全问题（相比于锂离子电池容易着火），也没有敏感的供应链，眨眼之间就从概念变成了现实。

这表明我们不需要一个聚变反应堆或某种科幻技术来拯救宝贵的地球。只要用现有的技术进行一点巧妙的横向思考，就可以非常迅速地产生令人难以置信的结果。每一次这样的进步，都会使得我们的未来更加光明。

译者：Jane

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