能源是人類賴以生存的根本，也是國家安全的根本保障。
我國能源現(xiàn)狀是富煤、少油、缺氣，盡管煤炭儲量較為豐富，但并非取之不盡。尋找新型可持續(xù)的能源，迫在眉睫。
當前，隨著化石能源的過度使用，二氧化碳排放達到了新高度，給生態(tài)環(huán)境造成了嚴重危害。例如近年來，自然災害整體發(fā)生的頻率比以往較多，可能與化石能源的過度使用分不開。
我國提出將“雙碳”作為重大戰(zhàn)略目標，能源轉型是必然趨勢。一方面，我們要大力發(fā)展綠色可再生能源，包括光伏能、風能、生物質能等；另一方面，散落在地球上的分布式能源也不可忽視。
能源從產生、利用到回收是一個系統(tǒng)性過程。過去，化石能源燃燒來發(fā)電被使用后，都以其他的形式散落在環(huán)境中，例如熱能、機械能等多種形式。這些大面積分布，碎片化的能源可回收率很低，造成了能源不可再利用。
如何把環(huán)境中散落的“分布式能源”，重新變成電力，輸送至千家萬戶，這是一個重大挑戰(zhàn)。
20年前，我們認識到隨著分布式傳感裝置和物聯(lián)網的出現(xiàn)，信息通信技術的發(fā)展趨勢為從有線走向無線，從有序走向分布，由此我們意識到，在能源領域，也將可能面臨同樣的趨勢，即從一元變成多元，從集中走向分布。而這其中的關鍵問題之一，是如何使得分布式傳感器件能夠可持續(xù)運轉，回收能量，提供數(shù)據信息?；诖耍覀冮_始研究微納能源。
微納能源，即除傳統(tǒng)可再生電能、化石能源等“大能源”之外的“小能源”。
海洋中蘊藏著巨大能量，前不久，中國科學院聯(lián)合歐洲科學院發(fā)布了《基于海洋的氣候行動計劃》，其中提到，未來替代化石能源的出路之一是海洋能源。
海洋中包括熱能、風能、潮汐能、波浪能、生物質能等能源，他們分布廣、量大，我們必須要向海洋要資源，匯聚各種各樣的海洋能量可極大滿足人類的能源需求、降低二氧化碳排放。
然而，與歐洲國家海岸線上的“大風大浪”相比，我國海岸線上的風浪比較平靜，平均浪高僅有0.3-0.8米，收集起來非常困難，且能量較低很難進行發(fā)電。這需要顛覆性原創(chuàng)技術，為此，2012年，我們發(fā)明了納米發(fā)電機(TENG)，它可以將廣泛分布的能量收集起來，將微小的機械能轉換為電能。
與傳統(tǒng)發(fā)電機的原理不同，納米發(fā)電機的原理，是基于兩種材料的接觸起電，產生靜電感應并對外輸出電流，具有高電壓低電流、在低頻下具有高效率的特點。每臺納米發(fā)電機并不大，但把它們結成網狀放置到海洋中，將會使海水無規(guī)則的運動轉變?yōu)殡娔埽夷芊€(wěn)定輸出。
根據實驗數(shù)據做理論測算，一平方公里的海面面積、1米深的水，用球形納米發(fā)電機連成三維網格，理論上可以產生10兆瓦級的電能輸出，可以點亮100萬盞電燈。海洋藍色能源的潛力前景廣闊。
我們也曾做過成本核算，形成規(guī)?；螅Ｑ竽茉吹某杀镜陀陲L能和太陽能，且因為海浪是晝夜不停的，大面積所發(fā)的電應該是持續(xù)、穩(wěn)定，因此可以并網。我們在海上海下做的試驗也取得了顯著成效，證明了我們的想法是正確的。
納米發(fā)電機的發(fā)明為實現(xiàn)能源系統(tǒng)的微型化帶來了可能，這是突破了1831年法拉第發(fā)明的電磁感應定理后的第二個重大發(fā)明，也是在科學原理的從0到1的顛覆性原創(chuàng)思想。
自從20年前納米發(fā)電機首次發(fā)明來，迄今整整10年，我們已經建立了基本理論框架、技術方法，在產業(yè)應用也邁出了重要步伐，成為當今我們領先世界的開創(chuàng)性原創(chuàng)領域。納米發(fā)電機作為一個把機械信號轉為電信號的傳感裝置，目前在安全防護、人機交互、網絡安全、空氣凈化、健康維護等領域有潛在的應用，在拓展應用的過程中，我們不斷完善技術理論，不斷學習提高，為在海洋能源領域的真正規(guī)模化應用奠定基礎。
實現(xiàn)“雙碳”目標是一項宏大而復雜的系統(tǒng)工程，在能源轉型過程中仍需要很多的技術創(chuàng)新，包括發(fā)電方式、電網運輸和儲能等，這十分重要，但又是十分艱難的，需要多方配合、系統(tǒng)協(xié)作，我相信未來一定找出解決方案。
未來，一方面，我們應該大力推動現(xiàn)有技術，保證化石能源作為能源安全保障的基礎。另一方面，大力培育原創(chuàng)性顛覆性技術，發(fā)展分布式能源，顛覆性技術有可能成為未來能源革命性轉變的保證。
從0到1的原創(chuàng)突破，是非常困難的工作。比如，你有了世界首次的原創(chuàng)思想，能否變?yōu)楝F(xiàn)實？能否得到行業(yè)認可、社會接納？成本高的時候如何降成本......這需要長期穩(wěn)定堅持、久久為功。
因此，需要國家頂層設計，政府專項資金的支持，同時帶動社會資本投入，新能源領域需要科學突破，但也蘊藏著巨大商機。此外，還需要人才培養(yǎng)和學科建設，使得該領域在發(fā)展中后繼有人。
重視基礎研究、原創(chuàng)的思想和科學，只有這樣，我們才不會跟著別人跑，在核心技術方面被“卡脖子”，才能夠在科學發(fā)展史上留下我們的印跡，也能夠有真正的顛覆性技術產生。
（作者系中國科學院外籍院士、中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所所長，中國科學報記者韓揚眉采訪整理）
來源：中國科學報
