美国海军研究实验室 (NRL) 正在研究的氟化氩 (ArF)激光器可能有助于核聚变发电走向实用。 他们的研究报告发表在《Philosophical Transactions of the Royal Society》期刊上。

宽频紫外线激光器设计采用了可扩展至为自持核聚变反应提供动力的最短激光波长。NRL 的 ArF激光器是为基于惯性约束核聚变原理的测试设施设计的。氢的重同位素氘或者氚珠被多束激光照射，几分之一秒内加热并压缩，使氢原子内爆、融合在一起并释放出巨大的能量。

新的深紫外激光器，也被称为激光驱动器，能以更高的效率将能量传递给燃料珠，产生更高的温度以引发内爆。NRL 的科学家表示，使用辐射流体力学模拟，性能可提高 100 倍，效率提高 16%，相比下最高效的氟化氪激光器仅为 12%。由于这些改进，ArF 激光器可能会带来更小、更便宜的聚变发电厂。研究团队同时强调，在聚变发电能接入国家电网之前，还有很长的路要走。激光器需要能提供实际工厂所需的能量、重复率、精度和十亿次级发射可靠性。

为了实现这一目标，实验室正制定计划，分为三个阶段，第一阶段致力于 ArF 激光器的基础科学和技术。第二阶段将专注于建造和测试一个完整的高能 ArF 激光器，第三阶段将建造一个由 20 至 30 个激光器组成的内爆设施。NRL 研究物理学家 Steve Obenschain 博士表示：“这些优势可以促进开发大小适中、成本较低的聚变电厂模块，能以小于 1 兆焦耳的激光能量运行……这将极大地改变现在认为激光核聚变能源太昂贵而发电厂又太大的看法。”

有利于放养家畜和有利于太阳能发电的地方经常重叠。它们都需要平坦、阳光充足，没有高大植被的开阔地。因此太阳能生产商正越来越多地租用农田运营。

太阳能产量的增加具有环境效益，但是其代价可能是农业产量的下降。因而人们越来越有兴趣寻找在同一个地方结合农业和太阳能生产的方法。对于康奈尔大学农业综合企业副教授 Todd Schmit 来说，问题的答案是羊群。

这仍然是一个新领域，部分农民正和太阳能生产商合作，在后者的土地上放牧。太阳能生产商付钱给农民，让他们把羊送到他们的太阳能农场，羊会吃掉杂草和其他可能阻挡阳光到达太阳能板的植物。

羊得到了食物，农民得到了报酬，而太阳能生产商则在不使用割草机和除草机的情况下管理农场的植被——割草机和除草机很难伸到太阳能面板下方，而且需要使用化石燃料。American Solar Grazing Association（ASGA）的报告显示，该行业自 2017 年以来，一直在纽约州扩张。帝国州（纽约州）报告指出，目前有 900 英亩的太阳能生产土地正在放牧。增长空间仍然很大。

美国空军上周宣布选择阿拉斯加的 Eielson 空军基地作为首个微型核反应堆试验项目的地点。

美国军方和能源部一起研究微型核反应堆的设计，将其作为一种可能的解决方案，满足不断增长的电力需求（包括战场上的单位）、帮助削减成本、通过减少对化石燃料的依赖提升整体运营效率。该基地位于阿拉斯加内陆深处，靠近费尔班克斯市，在北极圈以南约 110 英里。

目前尚不清楚现在计划在 Eielson 建造的反应堆的具体规格。美国空军表示，该项目是依据 2019 年财年国防政策法案启动的，目标是在 2027 年底前让该微型核反应堆全面运行。这似乎表明该反应堆是国防部长战略能力办公室名为 Project Pele 计划的一部分。项目于 2019 年启动，目标是展示一个能产生 1 到 5 兆瓦电力的小型反应堆。

五角大楼今年 3 月将 Project Pele 反应堆原型合同授予 X-Energy 和 BWX Technologies。合同要求两家公司在未来两年内完善设计，预计将在两者中选出一种获胜设计。微型反应堆的相关工作有望在 2022 财年年底前开始。

与 Eielson  相关的19,780 英亩土地因存在有毒化学污染已被美国环境保护署（EPA）划定为“超级基金污染场址”。空军的 FAQ 解释称，来自微型核反应堆的废弃物“将遵循同商业核工业同样严格的存储和控制要求。”FAQ 还指出，该反应堆不会连接到商用电网。

加利福尼亚的 Radiant 公司筹集到资金开发一种紧凑、便携、“低成本”的 1 兆瓦核微型核反应堆，该反应堆可被装在一个集装箱内，为大约 1,000 户家庭供电，并使用氦冷却剂代替水进行冷却。Radiant 由一群前 SpaceX 的工程师创办，这些工程师认为他们正在研究的火星殖民电源能在离家更近的地方产生更大的影响，Radiant 从天使投资者筹集到 120 万美元，用于继续开发反应堆，这些反应堆的设计高度便携，无论在哪里都可以快速部署并迅速工作；偏远社区和灾区是早期目标。

军事领域是另一个重要的市场。在“高级粒子燃料”耗尽之前，几个微型核反应堆可以为偏远地区的整个军事基地供电四到八年，这不仅消除了柴油发电机产生的排放，还免去了运输燃料的麻烦。卡车仍然要运行——直到军方的所有车辆都不再使用柴油——但是它们运行的频率会低很多，因而也降低了运输人员的风险。Radiant 表示，和传统核燃料相比，他们使用的燃料“不会熔化，并且可以承受更高的温度”。使用氦作为冷却剂“大大降低了腐蚀、沸腾和污染风险”。该公司表示，他们为反应堆添加燃料以及将热量高效地排出反应堆内核的思路已经获得了临时专利。

《Nature Communications》期刊上发表的一篇新论文对需要多少屋顶太阳能电池板——以及应该将它们安装在哪里——才能为全世界产生足够多的可再生能源进行了估算。研究首次提供了非常详细的全球屋顶太阳能潜力地图，从城市、大陆等各个角度评估了屋顶的面积和阳光的覆盖情况。研究人员发现，全世界只要有 50% 的屋顶覆盖太阳能电池板，就能提供足够的电力，满足世界每年的电力需求。

研究人员设计了一个程序，其中包含了全球 3 亿多座建筑的数据，并分析了 1.3 亿平方公里的土地——这几乎是地球上所有的陆地表面积。它估算了在这些土地上 20 万平方公里的屋顶可以产生多少能源，这个面积大约等同于英国的国土面积。然后根据屋顶位置计算它们的发电潜力。在欧洲北部或者加拿大这样的高纬度地区，由于冬季和夏季的日照状况差异很大，这些地区屋顶一年之中的发电潜力可能会相差 40% 。赤道附近的屋顶在不同季节的发电潜力的差距通常只有 1% 左右，因为这个地区的阳光更加稳定。这一点非常重要，如果每个月的发电潜力变化幅度非常大，就会影响该地区太阳能电力的可靠性。这意味着日照情况变化很大的地区需要储能解决方案——而这会增加电力成本。

分析结果突出了三个屋顶太阳能发电的潜在热点地区：亚洲、欧洲和北美。 三个地区中，亚洲是安装太阳能电池板成本最低的地方，像印度和中国，生产 1 千瓦时（kWh）的电力——能支持笔记本电脑使用约 48 小时——只需要 0.05 便士。这要归功于低廉的面板制造成本以及阳光充足的气候。屋顶太阳能实施成本最高的国家是美国，日本和英国则处于中间位置，整个大陆的平均发电成为约为每千瓦时 0.096 便士。

和世界其他地方一样，中国太阳能发电成本过去十年大幅下降，仅 2011 年至 2018 年之间就下降了 63%。与此同时，太阳能安装量则在急剧增加。目前全球三分之一的新增太阳能装机容量都在中国。中国装机容量在 2013 年超越美国，2015 年超越德国，目前投入使用的装机容量超过了 250 GW——比计划目标高出一倍多。鉴于中国计划在 2060 年实现碳中和，这种热潮很可能会持续下去。但是预测并非一片乐观。中国大部分人口位于东南部。而最好的太阳能资源（晴朗无云的天气和可用的土地）都位于西北部，这些地区恰恰人烟稀少。

由于中国电网的远距离电力传输能力有限，这种错配束缚了太阳能的发展。因为没有能力将电力运送到需要的地区，西北部太阳能发电厂经常限产。想要全面了解中国太阳能的经济性有些困难。为了更加清晰地了解这一问题，研究人员建立了一个模型，考虑了影响太阳能性能的绝大多数因素。该模型跟踪从 2020 年至 2060 年的技术、经济、太阳能资源和中国电网变化。它使用了六年的卫星天气数据来估算不同地区的典型生产能力，其中包括可能会影响太阳能发电厂选址的现有土地使用状况。

国际货币基金组织（IMF）发现，化石燃料行业每分钟获得1100 万美元的补贴。IMF 发现，2020 年煤炭、石油和天然气的生产和燃烧获得了 5.9 万亿美元的补贴，同时没有一个国家的燃料价格足以反应其全部的供应和环境成本。专家表示，在迫切需要迅速减少碳排放的当下，补贴是对气候危机“火上浇油”。降低燃料价格的明确补贴在总额中占 8%，税收减免另外占 6%。这样做最大的问题是未能让污染者为空气污染造成的死亡和健康问题（42%）、热浪和全球变暖的其他影响（29%）付出代价。IMF 的分析师表示，让化石燃料的价格反映其真实的成本，可以使全球的二氧化碳排放量减少三分之一以上。这将是朝着全球共同同意的、1.5C 的目标前进的一大步。而实现这一目标是 11 月联合国 COP26 气候峰会的一个关键目标。

在两大发电站的燃料消耗完之后，黎巴嫩国家电网瘫痪，私人发电机成为唯一的电力来源。数个月以来国有电力公司每天只能提供几小时的电力，而现在连这也无法提供了。黎巴嫩正在经历的危机被世界银行称为是过去 150 年三大金融崩溃之一。该国的银行系统在 2019 年首先瘫痪，币值下跌 90%。政府无力支付燃料、食品和药品进口费用，数百万人陷入贫困。能源部长 Walid Fayyad 称，两大发电站 Deir Ammar 和 Zahrani 耗光柴油后，国家电网缺乏维持电力所需的最低电量。政府正努力从军队在内的来源获得紧急燃料供应，而来自伊拉克的石油即将抵达。但与伊拉克达成的每月供应 8 万吨燃料的协议仍然未能达到确保电网稳定的最低需求，只能维持每天供应 4 小时电力。

随着化石燃料带来的全球碳排放不断加剧日益严重的气候变化问题，能源企业开始将重点转向可再生能源，探索新的燃料来源。来自瑞士的 Synhelion 公司就是其中之一，他们利用太阳能将收集到的二氧化碳转化为合成燃料，由此拿出一套绿色可持续的能源转化解决方案。这套体系的设计思路相当出彩，Synhelion 使用摆满定日镜的镜场来反射太阳能辐射，之后将辐射集中在太阳能接收器中，由此实现高达 1500 摄氏度的清洁高温放热过程。接下来产生的热量会在热化学反应器中对二氧化碳和水的混合物进行转化。终产物气体随后通过气转液技术过程被转化为汽油、柴油或航空燃料。这种方法的可持续优势在于，他们的热能储存（TES）方案能够在每轮过程之后收集多余的热量以重复利用，从而保持 24/7 全天候运行。作为项目的核心，太阳接收器到底是如何运作的？该公司表示，这项技术的灵感来自大自然。为了达到超高温，太阳能接收器模仿了地球上真实存在的温室气体效应。他们在暗室中注满温室气体，一般是水蒸气或水与二氧化碳的混合物。他们将定日镜收集到的太阳辐射引入暗室，暗室的黑色表面会吸收热量、热化并传导热辐射能。温室气体由此吸收热辐射，充当传热流体（HTF），之后即可转化为任意类型的液态燃料。液态燃料易于运输，因此在使用成本方面低于固态燃料。当没有太阳时，HTF 就会以相反的方向流经 TES 以恢复之前储备的热能。存储的热 HTF 就会继续驱动反应器中的热化学过程，让整个系统继续如常运作。

《纽约时报》报道称一波新电池技术正在来临，这些技术有望激发前所未有的消费电子产品设计，有助于进一步加快汽车和飞机的电气化进程。新的电池方案甚至有助于电网电力储存，进而减少人类社会对化石燃料的依赖。

Sila 公司已经将长寿命电池引入消费级产品——先期推出的 Whoop 健身追踪器可以绑在用户手腕上，也可以作为“缝在衣服面料中的电子设备”。Silma 公司 CEO 兼联合创始人 Gene Berdichevsky 曾是特斯拉的早期员工，并在第一辆特斯拉电动车的开发期间负责监督电池技术。2008 年推出的 Tesla Roadster 使用基于锂子技术的电池，与目前在笔记本电脑、智能手机及其他消费级设备上常见的电池技术相同。特斯拉的走红加上消费电子市场的快速增长，激发电池厂商迎来一波发展高潮……美国国会还建立了 ARPA-E——即 Advanced Research Projects Agency-Energy（先进能源研究计划署），专门促进新能源技术的开发工作。该机构还通过注资与技术支持培育出更多新的电池厂商。经过十年的酝酿，如今这些努力开始结出硕果……

Sila 并不是纯粹的电池厂商。他们销售一种新材料——硅粉，能显著提高电池效率。他们还计划直接利用现有锂离子电池制造设施生产这种新型储能产品。如今该公司主要借助位于加利福尼亚州奥克兰附近的阿拉米达工厂生产这种硅粉。之后，Sila 将这些硅粉出售给某家电池制造商（Sila 拒绝透露名称）并通过现有生产流程为 Whoop 健身追踪器提供新型电池。Berdichevsky 解释道，“只需稍加升级，我们就能继续利用现有制造工厂。”Sila 和 QuantumScape 等厂商也已经与多家汽车制造商建立起合作伙伴关系，预计他们的电池将在 2025 年左右在汽车上现身。他们希望自己的技术方案能显著降低电动汽车的制造成本并增加其续航里程……他们还期待自己的电池能够成就更多新的设备与车辆设计思路。也许这种更小、更高效的电池能够推动“智能眼镜”——即嵌入有微型计算机的眼镜——迎来全面发展，使得设计师能够将更灵活的技术元素整合到更小、更轻的镜框之内。这项电池还有望开启飞行汽车的大门，也许这种新型电动飞机将在十年之后为全球各大城市缓解交通压力。

2015 年，MIT 的几位物理学家希望通过计算重新思考聚变能的解决方式。通过计算，只要能找到具备商业可用性的高温非金属超导体并借此产生更强的磁场，人类就能建立起更简单、更紧凑的聚变反应堆。但物理学家并没有止步于此，他们成立了一家名为 Commonwealth Fusion Systems 的创业公司，希望对自己的计算结果做出实践测试。 周二 Commonwealth 宣布实现在 2025 年示范性聚变工厂上线计划的第一个重大里程碑。该公司利用商业高温超导体制造了一块约 3 米高的磁铁，能实现 20 特斯拉的磁场强度。更重要的是，这块磁铁采用的实际设计与该公司计划在反应堆核心处使用的等离子体磁铁完全相同。上周测试的这块磁铁高约 3 米、宽度在 1.5 米左右。它由名为 ReBCO 的高温超导材料线圈供电，工作温度约为 20 开尔文。在超导领域，20 开尔文的温度属于高温环境，传统意义上的典型超导材料一般要求温度低于 5 开尔文。

德国科学家研发出至今为止最小的微型超级电容器，体积甚至不及一粒尘埃。它不仅能安全应用于人体之内，还可提供与 7 号电池相当的电压输出。此前人类开发出的最小“生物超级电容器”体积为 3 立方毫米。这种新电池的结构始于聚合物层，这些聚合物层之间夹有作为集电器的光敏光刻胶材料，而光刻胶隔膜又与名为 PEDOT: PSS 的导电生物相容性聚合物共同构成电极。这样的叠层被旋转在能够承受高机械张力的超薄表面上，使得各层以高度受控的方式彼此分离，进而以类似白纸的方式折叠成体积仅为 0.001 立方毫米的纳米级生物超级电容器——不足一粒尘埃大小。这些管状生物超级电容器成功将体积缩小至原有最小电容器的三千分之一，而输出电压仍与 7 号电池保持一致（只是电流要低得多）。

在将这些微型设备放入盐水、血浆和血液中后，它们即展现出强大的能量储存能力。这种生物超级电容器在血液当中运作效率尤其高，在运行 16 小时之后电量仍可保持高达 70%。之所以在血液中表现尤佳，是因为这种生物超级电容器会与血液中固有的氧化还原酶反应、并同活细胞一同工作，由此增强自身的电荷存储反应，性能可因此提高 40%。该团队还将这款电容器安置在存在流量与压力波动的血管当中，检验它能否承受血管中的作用力震荡。整个过程在微流体通道内进行，类似于迷你型的空气动力学风洞测试。实验同样取得了成功。科学家还将三个电容器链接起来，成功为一个微型pH传感器供电，使其能够在血管当中持续测量pH值以检测肿瘤生长等潜在疾病引发的异常体征。

极端天气冲击世界各地的电力基础设施，而核电站也不可能置身事外。根据发表在《自然》期刊上的一项研究，过去十年气候相关的核电站关闭发生频率是 1990 年代的近八倍。研究人员分析了来自国际原子能机构的核反应堆公共数据库，识别与气候相关联的部分或全部停机。核反应堆的非计划关闭有着详细的记录，可以计算出过去三十年与环境相关的关闭频率。结果显示，气候相关的核电关闭频率在增加。导致核电站关闭的气候因素主要包括两类：其一是严热、干旱和火灾构成的热事故，其二是风暴（飓风、台风、闪电和洪灾）。前者主要是缺乏冷却用水，后者是因为风暴和火灾可能引发一系列问题，如结构损坏、预防性关闭、工作人员疏散等。从 2010 到 2019 年，核电站关闭的最主要原因是飓风和台风。研究人员计算出，1990 年代气候相关的核反应堆停机平均每年 0.2 次，2010 到 2019 年增加到每年 1.5 次。

小米演示了（YouTube）它的新快充技术，它能在不到 8 分钟内给智能手机充满电。200W 有线充电技术能将电池容量 4,000mAh 的小米 MI 11 Pro 智能手机在 44 秒内从 0 充到 10%，3 分钟内充到 50%，7:57 分钟完成充满。小米还演示了 120W 有线充电技术，它能在 15 分钟内充满 4,000mAh 电池。小米还没有披露新的快充技术何时上市。

当越来越多的电动汽车行驶在公路上，寿终正寝的电池该如何处理呢？在垃圾场填埋会释放出毒素，而回收电池也是一件危险的工作。比如拆特斯拉电池过程中如果不小心可能会造成短路，燃烧和释放出有毒气体。这是研究人员正着手解决的难题：如何回收预计将在未来几十年内制造出的数以百万计的电池。英国法拉第研究中心的材料科学家 Dana Thompson 称，今天的电动汽车电池不是为回收设计的。在电动汽车罕见的时代，这不是什么大问题。但汽车制造商已经宣布将在未来几十年内淘汰内燃机。行业分析师预测到 2030 年行驶在公路上的电动汽车将达到 1.45 亿辆，而去年只有 1100 万辆。电池回收日益成为一大问题。各国政府已经逐步要求电池能部分回收。

无碳的未来需要数以百万计的电池，这些电池或者用于驱动电动汽车，或者用于储存来自风电和太阳能的电力。主流电池的化学反应依赖于金属锂，而锂的全球供应很可能将会面临短缺。分析师估计，随着电动汽车产量的增加，锂的供应将会跟不上需求。今天电池制造商每年需要大约 30 万吨的碳酸锂当量（Lithium Carbonate Equivalent），而现有的采矿能力是 52 万吨。分析师估计到 2028 年电池制造商对锂的需求将会增加到 280 万吨，而采矿能力只能达到 200 万吨。容易开采的锂矿主要位于澳大利亚、智利和阿根廷，要增加锂产量需要去开采成本更高的地方采矿。

化学电池统治了日益增长的全球能源储存市场。因为可更新能源如太阳能和风能的功率经常发生变动，而电力的需求在一天中也频繁变动，因此需要能源储存方案在低需求时蓄能在高需求时向电网释放能量。除了化学电池蓄能，有一种传统的蓄能方法是抽水蓄能，在低需求时抽水高需求时放水发电。抽水蓄能电站通常建在山上，需要特定的地形和昂贵的基础设施，没有电池蓄能方便。苏格兰创业公司 Gravitricity 提出了一种新的基于重力的蓄能方案，利用了绞车、重达 50 吨的压铁和矿井。它能从电网获得能量提升压铁，在需要时再释放储存的势能。该公司称它的成本为每兆瓦时 171 美元，相比下液流电池的成本为每兆瓦时 274 美元。

电池在过去三十年进步显著。1990 年代，为一栋房屋供电一天所需要的蓄电量需要花费 7.5 万美元，电池重 113 公斤，大小相当于啤酒桶。今天相同的蓄电量只需要 2000 美元，重 40 公斤，小型背包大小。电池技术的进步对全球的去碳化至关重要。可再生能源的一个缺点是不稳定，太阳并不总是闪耀，风不是一直在吹。储存电量的电池可以解决这个问题。改进电池对于电动汽车同样至关重要。自 2008 年特斯拉 Roadster 成为第一款量产电动车以来，公路上跑的电动汽车的数量已达到 700 多万辆。电池占到了电动汽车价格的三分之一，降低电池成本将有助于电动汽车与燃油汽车竞争。

在地震和海啸引发了福岛核电站堆芯熔毁事故后，核能的未来似乎充满了不确定性。而核能行业的不确定性更多与天然气过剩和可更新能源的崛起有关。当 2011 年 3 月 11 日事故发生时，日本有 54 个核反应堆，事故打击了日本人民对核能安全性的信心，此后有三分之一的核反应堆被永久关闭，只有 9 个恢复运营。事故也加速了德国淘汰核能的计划，它宣布将在 2022 年底淘汰核能，西班牙、比利时和瑞士也都计划在 14 年内结束核能。但包括美国在内的其它主要核电大国没有采取类似的措施。美国仍然是最大的核能大国，之后是法国、中国和俄罗斯，它仍然在投资建造新的核电站。

欧洲联合环形加速器( Joint European Torus，JET )从去年 12 月开始用氚进行聚变实验。JET 的费用是国际热核聚变实验堆（ITER）的十分之一，同样采用托克马克设计。JET 计划在 6 月开始融合氚和氘。这些聚变实验将帮助科学家预测 ITER 托卡马克装置中的等离子体将会如何表现。正在法国建造的 ITER 计划在 2025 年进行低功率的氢反应，2035 年开始混合 50:50 的氘和氚进行聚变融合反应。