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明天的能源
人类现有的能源主要有三种：火电、水电和核电。火电需要燃烧煤和石油,产生大量的二氧化碳和硫的氧化物，导致地球变暖。而且，以目前的耗能量计，石油的提取预计在未来10~30年内达到极限，本世纪末即告枯竭。水电要淹没大量土地，对一个国家来说，水力资源是有限的，而且还要受季节的影响。核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果是极可怕的。即使核电站平安无事，如何妥善处置核废料也一直是令人头痛的难题。
为此，科学家正式启动了“太阳神”计划，利用太阳光开发可再生和可持续供应的能源，以应对日益紧迫的能源危机。太阳能无枯竭的危险，又干净无公害，也不受资源分布和地域的限制。当然，获取太阳能要占用巨大面积，而且会受四季、昼夜及阴晴的影响。但瑕不掩瑜，太阳能无疑是人类最可靠的新能源。
太阳之神和阿基米德
希腊神话中的太阳之神，每天驾驶着四马金车从东到西，晨出晚没，为大地上的所有生物送去光明和温暖。实际上，宇宙中的太阳是一个巨大的核聚变反应堆，每一秒钟就将大约50亿千克的物质转化为了能量；它的表面温度为6000℃，核心温度高达1500万℃；如此高温和2500亿个大气压的高压，使它能向宇宙空间发出巨大的光和热。地球所接受的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一，这些能量相当于全球所需总能量的3~4万倍。因此，太阳的能量真可谓取之不尽，用之不竭。
2200多年前，古罗马帝国派舰队攻打地中海西西里岛东部的锡腊库扎。当时已70多岁的希腊著名物理学家阿基米德也在岛上，他发动全城的妇女拿着锃亮的铜镜来到岸边。烈日当空，阿基米德树起一面大镜子，让它反射的日光正好照射到敌人战舰的船帆上。同时，妇女们也将镜子的反射光照到船帆上。不一会儿，舰船起火，罗马人大败而归。
在这一传说的启发下，1980年，人们在西西里岛的阿德拉诺镇建造了一个太阳能发电站。180面特大玻璃镜组成了总面积达6200多平方米的巨大广场。由它们反射的太阳光都自动汇聚到了位于广场中心的塔顶上，用来加热锅炉里的水，产生500℃、64个大气压的高温高压蒸汽，推动涡轮机发电。这一发电能力为1000千瓦的太阳能电站的出现，引发了全世界建造太阳能电站的热潮。
种植燃料
“太阳神”计划将通过四种途径从太阳光获取燃料。其中两种是基于自然界的生物系统，另两种则为人造系统。
生物质是地球上最为丰富的可再生的碳资源，稻草、柴草、麦秆和牛粪长期以来一直是人类最主要的生活燃料。但要实现利用生物质生产诸如汽油、柴油等动力燃料，还需克服一些障碍。其中的一大难题是,将生物质转换成动力燃料的成本高昂而效率低下。例如，通过榨取甘蔗和玉米的纤维素可以获得乙醇燃料，但为了获得少量的乙醇，却需要使用大片的土地来种植甘蔗和玉米。
美国伯克利实验室的科学家，试图找到一种方法来创建某种“产能植物”：通过导入相关基因，使这种植物不仅能自我繁殖，能抗旱抗虫，而且能显著提高产能效率。有一种叫“毛果杨”的植物，是第一种被人类破译其全基因组草图的树木。它生长迅速，纤维素丰富，是一种很有潜力的生物质燃料。科学家正试图利用转基因技术，让毛果杨长得更大更快，而且含有更高比例的纤维素，从而能在它们身上更容易地获取更多的乙醇。
请细菌帮忙
在人类出现之前，各种动植物就已经在地球上大量繁殖生存了。动植物死亡之后，它们的尸体随着大量泥沙被掩埋在地下深处并很快与空气隔绝。其中植物的残骸在高温高压的作用下，经过一系列复杂的物理化学变化，形成了黑色的可燃化石——煤。只要仔细观察一下煤块，就可以看到有植物的叶和根茎的痕迹，这便是一个证明。
经过漫长的岁月，受高温、高压和厌氧细菌的物理、化学和生物作用，生物尸体中的碳水化合物和蛋白质的化合物，在分解过程中形成了有机淤泥。在细菌的进一步作用下，有机淤泥逐渐演化成了细小分散的液体油滴。在地壳运动产生的压力和重力的共同作用下，它们依靠地下水的运输，从一个岩层“旅行”到另一个岩层，最终在多孔的砂岩和有裂缝的岩石中“定居”了下来，聚集成了油田。
今天，自然状态下的微生物和植物也能利用阳光直接形成石油和酒精，但杯水车薪，远远满足不了人类对能源的需要。能不能优化大自然的这一制造燃料的过程,大大提高它的生产率呢?以今天的DNA合成技术，已足以合成两种共生细菌的基因组。这两种细菌拥有迄今所记录到的最小的基因组。这意味着将来可以通过类似的技术，合成能产生氢的细菌。
太空发电
“太阳神”计划将在纳米尺度上模拟和控制光电转换。随着新的基于纳米技术的太阳能电池的出现，太阳能电池的效能有可能出现突破性的增长。价格低廉的大功率太阳能电池的制造将成为可能。
提高太阳能发电的效率，不仅有赖于新材料、新技术，而且还取决于当地的太阳能资源。我国西部地区是世界上最大的地势较高的自然地理单元，有着世界上最丰富的太阳能资源，尤其是西藏地区，空气稀薄，辐射强度大；年日照时间长达1600~3400小时，每天日照6小时以上的年平均天数在275~330天之间。太阳能发电的前景非常广阔。
科学家们还提出了更为激动人心的太阳能发电计划。一是利用辽阔的沙漠和海洋进行发电，并通过超导电缆将全球太阳能发电站联成统一的电网。据测算，即使全用太阳能发电来满足全球的能源需求，所需的面积也不过才占全部海洋面积的2.3％或全部沙漠的51.4％，甚至才是撒哈拉沙漠面积的91.5％。因此，实现这一方案不是没有可能的。
二是太空发电。早在1980年，科学家就提出了在太空建设太阳能发电站的设想：如果在地球同步轨道上放一个长10千米、宽5千米的太阳能电池板，便可提供500万千瓦电力。但要解决向地面无线输电的问题，还有一段漫长的路程要走。
对于淡水资源缺乏的国家来说，利用太阳能发电还有另一个不可多得的好处：据专家测算，在近海浅水区域建设一个面积2163平方千米、深1.2米的太阳能发电站，除了获取电能，每年还可得到２立方千米淡水。
模仿植物
美国伯克利实验室的科学家正在开发一种装置，模仿自然界中的植物直接从水和阳光获取能量，而又比自然过程更稳定更有效。具体地说，就是利用阳光分裂水分子，制造氢气，以得到无污染的清洁能源。实现这一高效反应需要一种金属催化剂。
最近，科學家成功破译了这种金属催化剂的分子结构，并开始研究它的结构、工作原理，目的是为了研制出有相似功能的催化剂，用于大规模地从水中获取氢能源。太阳能利用的这一途径将在许多方面带来极其可观和长期的利益，但是要实现这一目标，需要克服的困难也最多。
人类现有的能源主要有三种：火电、水电和核电。火电需要燃烧煤和石油,产生大量的二氧化碳和硫的氧化物，导致地球变暖。而且，以目前的耗能量计，石油的提取预计在未来10~30年内达到极限，本世纪末即告枯竭。水电要淹没大量土地，对一个国家来说，水力资源是有限的，而且还要受季节的影响。核电在正常情况下固然是干净的，但万一发生核泄漏，后果是极可怕的。即使核电站平安无事，如何妥善处置核废料也一直是令人头痛的难题。
为此，科学家正式启动了“太阳神”计划，利用太阳光开发可再生和可持续供应的能源，以应对日益紧迫的能源危机。太阳能无枯竭的危险，又干净无公害，也不受资源分布和地域的限制。当然，获取太阳能要占用巨大面积，而且会受四季、昼夜及阴晴的影响。但瑕不掩瑜，太阳能无疑是人类最可靠的新能源。
太阳之神和阿基米德
希腊神话中的太阳之神，每天驾驶着四马金车从东到西，晨出晚没，为大地上的所有生物送去光明和温暖。实际上，宇宙中的太阳是一个巨大的核聚变反应堆，每一秒钟就将大约50亿千克的物质转化为了能量；它的表面温度为6000℃，核心温度高达1500万℃；如此高温和2500亿个大气压的高压，使它能向宇宙空间发出巨大的光和热。地球所接受的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一，这些能量相当于全球所需总能量的3~4万倍。因此，太阳的能量真可谓取之不尽，用之不竭。
2200多年前，古罗马帝国派舰队攻打地中海西西里岛东部的锡腊库扎。当时已70多岁的希腊著名物理学家阿基米德也在岛上，他发动全城的妇女拿着锃亮的铜镜来到岸边。烈日当空，阿基米德树起一面大镜子，让它反射的日光正好照射到敌人战舰的船帆上。同时，妇女们也将镜子的反射光照到船帆上。不一会儿，舰船起火，罗马人大败而归。
在这一传说的启发下，1980年，人们在西西里岛的阿德拉诺镇建造了一个太阳能发电站。180面特大玻璃镜组成了总面积达6200多平方米的巨大广场。由它们反射的太阳光都自动汇聚到了位于广场中心的塔顶上，用来加热锅炉里的水，产生500℃、64个大气压的高温高压蒸汽，推动涡轮机发电。这一发电能力为1000千瓦的太阳能电站的出现，引发了全世界建造太阳能电站的热潮。
种植燃料
“太阳神”计划将通过四种途径从太阳光获取燃料。其中两种是基于自然界的生物系统，另两种则为人造系统。
生物质是地球上最为丰富的可再生的碳资源，稻草、柴草、麦秆和牛粪长期以来一直是人类最主要的生活燃料。但要实现利用生物质生产诸如汽油、柴油等动力燃料，还需克服一些障碍。其中的一大难题是,将生物质转换成动力燃料的成本高昂而效率低下。例如，通过榨取甘蔗和玉米的纤维素可以获得乙醇燃料，但为了获得少量的乙醇，却需要使用大片的土地来种植甘蔗和玉米。
美国伯克利实验室的科学家，试图找到一种方法来创建某种“产能植物”：通过导入相关基因，使这种植物不仅能自我繁殖，能抗旱抗虫，而且能显著提高产能效率。有一种叫“毛果杨”的植物，是第一种被人类破译其全基因组草图的树木。它生长迅速，纤维素丰富，是一种很有潜力的生物质燃料。科学家正试图利用转基因技术，让毛果杨长得更大更快，而且含有更高比例的纤维素，从而能在它们身上更容易地获取更多的乙醇。
请细菌帮忙
在人类出现之前，各种动植物就已经在地球上大量繁殖生存了。动植物死亡之后，它们的尸体随着大量泥沙被掩埋在地下深处并很快与空气隔绝。其中植物的残骸在高温高压的作用下，经过一系列复杂的物理化学变化，形成了黑色的可燃化石——煤。只要仔细观察一下煤块，就可以看到有植物的叶和根茎的痕迹，这便是一个证明。
经过漫长的岁月，受高温、高压和厌氧细菌的物理、化学和生物作用，生物尸体中的碳水化合物和蛋白质的化合物，在分解过程中形成了有机淤泥。在细菌的进一步作用下，有机淤泥逐渐演化成了细小分散的液体油滴。在地壳运动产生的压力和重力的共同作用下，它们依靠地下水的运输，从一个岩层“旅行”到另一个岩层，最终在多孔的砂岩和有裂缝的岩石中“定居”了下来，聚集成了油田。
今天，自然状态下的微生物和植物也能利用阳光直接形成石油和酒精，但杯水车薪，远远满足不了人类对能源的需要。能不能优化大自然的这一制造燃料的过程,大大提高它的生产率呢?以今天的DNA合成技术，已足以合成两种共生细菌的基因组。这两种细菌拥有迄今所记录到的最小的基因组。这意味着将来可以通过类似的技术，合成能产生氢的细菌。
太空发电
“太阳神”计划将在纳米尺度上模拟和控制光电转换。随着新的基于纳米技术的太阳能电池的出现，太阳能电池的效能有可能出现突破性的增长。价格低廉的大功率太阳能电池的制造将成为可能。
提高太阳能发电的效率，不仅有赖于新材料、新技术，而且还取决于当地的太阳能资源。我国西部地区是世界上最大的地势较高的自然地理单元，有着世界上最丰富的太阳能资源，尤其是西藏地区，空气稀薄，辐射强度大；年日照时间长达1600~3400小时，每天日照6小时以上的年平均天数在275~330天之间。太阳能发电的前景非常广阔。
科学家们还提出了更为激动人心的太阳能发电计划。一是利用辽阔的沙漠和海洋进行发电，并通过超导电缆将全球太阳能发电站联成统一的电网。据测算，即使全用太阳能发电来满足全球的能源需求，所需的面积也不过才占全部海洋面积的2.3％或全部沙漠的51.4％，甚至才是撒哈拉沙漠面积的91.5％。因此，实现这一方案不是没有可能的。
二是太空发电。早在1980年，科学家就提出了在太空建设太阳能发电站的设想：如果在地球同步轨道上放一个长10千米、宽5千米的太阳能电池板，便可提供500万千瓦电力。但要解决向地面无线输电的问题，还有一段漫长的路程要走。
对于淡水资源缺乏的国家来说，利用太阳能发电还有另一个不可多得的好处：据专家测算，在近海浅水区域建设一个面积2163平方千米、深1.2米的太阳能发电站，除了获取电能，每年还可得到２立方千米淡水。
模仿植物
美国伯克利实验室的科学家正在开发一种装置，模仿自然界中的植物直接从水和阳光获取能量，而又比自然过程更稳定更有效。具体地说，就是利用阳光分裂水分子，制造氢气，以得到无污染的清洁能源。实现这一高效反应需要一种金属催化剂。
最近，科學家成功破译了这种金属催化剂的分子结构，并开始研究它的结构、工作原理，目的是为了研制出有相似功能的催化剂，用于大规模地从水中获取氢能源。太阳能利用的这一途径将在许多方面带来极其可观和长期的利益，但是要实现这一目标，需要克服的困难也最多。