“超導熱”備受關注,背后蘊藏著哪些環保科技意義?
7月22日,韓國研究團隊在預印本平臺arXiv上連發兩文,宣稱合成了全球首個室溫常壓超導體LK-99,臨界溫度為127℃。今年不止一次有團隊宣稱突破室溫超導。室溫超導可能引發第四次工業革命,但超導專家普遍認為韓國團隊的研究只是發現了一種新的抗磁材料,并沒有表現出室溫超導的證據。無論如何,“超導”的熱點持續一個多星期而且不斷發酵、相關金融市場大熱,都證明了全社會對超導材料領域科技創新的關注。
超導不僅是物理、材料領域的議題,也是環保議題。日常生活中,電能在輸送過程中會有一定的損失,例如電力線路中的電阻會產生熱量,就會損失電能。超導材料在一定的溫度下能夠無電阻傳導電流,這意味著電流在超導電路中流動不會有因電阻導致的能量損失。如果輸電線路由超導材料制成,就可以消除絕大部分電力輸送中損失的電能。因此,使用超導材料可以極大地提高能源利用效率,減少能源損耗,高壓電傳輸估計可以節能20%—30%。 因為電力能源占比最高的一直是火力發電,而火力發電主要使用煤炭這種化石能源,會產生大量碳排放,所以使用超導材料輸電,也會間接減少排碳量。
此外,超導材料還可以應用在更高效的電力設備和儲能設備上,如超導電磁儲能系統(SMES)、超導電機和發電機等。這些設備的效率更高、功率損失更少,都能進一步減少能源損失和碳排放。
然而,目前已知的常壓超導材料都要在低溫環境下才能達到超導狀態,這就需要大量的冷卻設備,增加了電力消耗,也增加了碳排放,并影響超導材料的規模化應用。提高超導材料的工作溫度(臨界溫度)依然是當前物理學和材料科學領域的一大挑戰。
科學家們一直在探索提高臨界溫度的方法,以及運用量子力學原理來設計和優化材料,通過計算和模擬預測哪些材料在特定的條件下可能表現出超導性等。20世紀80年代發現的銅氧化物超導體具有相對高的臨界溫度(100K,-173℃),21世紀發現的鐵基超導體也有50K(-223℃)以上的臨界溫度。一些已知超導材料在受到高壓時能夠調整微觀結構改變性質,臨界溫度上升。然而這些材料的工作溫度依然遠低于常溫,而且需要高壓,但高壓環境的產生和維持需要額外的能源。
如果室溫常壓超導真的存在,理論上更環保。室溫超導不需要額外的冷卻設備和能源,這將大大減少能源損耗和碳排放。而且室溫超導材料在運輸和使用上也更方便,可以進一步降低生產使用過程的碳排放。今天,真正環保低碳的室溫常壓超導仍需要科學家們繼續努力研究。
超導研發雖然不屬于生態環境科技工作者的任務,但生態環境科技依然能夠發揮作用助力超導科技創新。比如,生態環境科技工作者可以向公眾、企業和決策者宣傳超導科技在環保降碳方面的優點和現有情況,提高公眾對超導概念的理解水平。也可以和相關學術機構、企業及決策部門合作,共同推動超導科技在環保降碳方面的研發、創新與應用,以發現超導的更多可能。
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