新加坡国立大学开发创新解决方案，应对能源危机

　　未来50年，确保清洁、经济和安全的能源供应将成为全球最严峻的挑战之一。这也是当今社会面临的最复杂问题之一，亟需跨越许多技术障碍。为了有效应对能源危机，我们必须减少对不可再生能源的依赖，提高能源储存和使用效率。对此，新加坡国立大学科学家正在引领能源领域的技术开发，全方位改善三大关键领域。

　　可再生能源

　　可再生能源来自使用时不会耗尽的能源，比如风能或太阳能，或来自补充速度比使用速度更快的自然作用。可再生能源最常见的用途之一是利用光伏效应将阳光直接转化为电力。

　　虽然太阳能光伏几乎取之不尽，无需维护，但面临一些需要通过持续研发来应对的挑战，例如提高太阳能电池效率、寻找替代部署方案(包括新加坡在内的许多国家并没有大面积的可用陆地)，以及减轻云量变化下太阳能固有变异性对电网的影响。

　　这也是为什么隶属于新加坡国立大学的新加坡太阳能研究院(NUS Solar Energy Research Institute of Singapore，简称SERIS)研究人员正致力于使太阳能成为成本低廉而可靠的电力来源。他们专注于全方位研究太阳能电池，从制造下一代高效工业太阳能电池到在特定地点和时间预测太阳能量等。

　　该团队与新加坡国家水务机构新加坡公用事业局(PUB)和新加坡经济发展局(Singapore Economic Development Board)密切合作，于2016年在新加坡腾格水库(Tengeh Reservoir)设计并建造了世界上最大的漂浮式太阳能光伏试验台。因此，如今新加坡太阳能研究院被公认为是这一全新部署技术的领先应用研究机构。

　　为了突破瓶颈，新加坡太阳能研究院正与主要业界伙伴合作，将研究转向近岸和离岸漂浮式光伏装置。尽管海洋环境中腐蚀性更大，机械力更强，但将近岸和离岸漂浮式太阳能板与其他应用结合可以“解决多种问题”，比如食物供应(与鱼类养殖相结合)、绿色氢气发电(与电解相结合)或淡水供应(与海水淡化相结合)。

　　漂浮在水上的太阳能电池板可以节省收集太阳能的所需空间，但如果太阳能可用于清洁水源呢？新加坡国立大学工程学院电机与电脑工程系何锦韦教授(Ho Ghim Wei)和她领导的研究团队正在探究如何直接利用阳光来产生清洁水源，而不是将阳光作为可再生能源发电。这一太阳能技术可以收集、蒸馏和淡化水源，以最低的能源成本为可持续淡水生产提供富有前景的解决方案。

　　此外，她最近的研究成果还开辟了通过将太阳能海水淡化、光热辅助光催化制氢和热电结合、同时产生淡水和清洁电力的新机遇。这一创新打破了水资源与能源密不可分的联系。值得注意的是，这些太阳能技术也适用于离网社区的紧凑设计。

　　由于资源丰富，阳光是研究中涉及最多的可再生能源之一。但还有另一种常常被研究者忽视的可用能源——食物残渣。

　　食物残渣仍是新加坡乃至全世界最庞大的废物流之一。为了开发出管理食物残渣的整体解决方案，新国大工程学院化学与生物分子工程系唐彦华副教授(Tong Yen Wah)一直在研究从食物残渣中回收能源的方案。

　　他的方案是使用自我维持的“厌氧消化池”系统，将食物残渣转化为资源。本质上，这种厌氧消化池模仿牛的胃部，第一阶段水解食物残渣，第二阶段将水解化合物转化为酸和醋酸盐，第三阶段使用厌氧微生物产生沼气。

　　这种沼气是完全可再生的，可以像天然气一样用于发电。有了这种厌氧消化系统，食物残渣可以得到就地管理并及时处理，以清洁、高效、无臭的方式将其转化为实用资源，如电力和肥料。

　　改善储能方式

　　从可再生资源中获得能源只是难题的一部分，我们还需要存储能量，以备日后使用。例如，当能源需求大于供应时，储能系统可以将储存的能量排放到电网中。

　　新加坡国立大学研究团队正在研究储存能源的创新方法。来自新国大工程学院化学与生物分子工程系的林戈副教授(Praveen Linga)负责带领其中一个研究团队。通过开发固化天然气(Solidified Natural Gas)技术，他希望能改革天然气储存系统。

　　天然气发电量占世界电力的20%以上，占新加坡电力的95%，但是在气体状态下储存和运输天然气代价高昂且危险。林戈副教授及团队开发出一种将天然气快速转化为非爆炸性固体的方法，可轻松储存和运输这种固体。虽然许多天然气能源不可再生，但团队开发的技术可以应用于可再生能源，如唐彦华副教授用食物残渣产生的沼气。

　　与此同时，新国大工程学院材料科学与工程系助理教授陈瑞深(Tan Swee Ching)受到植物叶片自然光合作用的启发——植物叶片能同时收集和储存太阳能。他通过开发半人工光合作用系统模仿植物叶片。

　　他没有使用电力为储能设备充电，而是直接用太阳能给它们充电。他最近研究了如何将太阳能电池和普通电池组合为单个系统，用这一系统收集光能，将其转化为电能，同时储存起来。陈瑞深助理教授和团队最近采用来自光合作用细菌的多层蛋白质开发出可收集太阳能以产生电信号并储存它们以供将来使用的系统。这项研究向开发出阳光下自动充电的电池迈进了一步。

　　在自然界中，植物收集阳光、二氧化碳和水，并转化为葡萄糖——一种用于循环和储存的能量载体。葡萄糖及其衍生物是植物、动物和人类的食物和能量来源。受到大自然的启发，新加坡国立大学副校长(研究与科技)刘斌教授(Liu Bin)创立了新国大绿色能源旗舰项目(NUS Flagship Green Energy Program)，重点关注二氧化碳收集、水分裂和将阳光转化为能量密集型液态燃料，如甲醇——最简单的酒精燃料。

　　原则上，制造绿色酒精燃料分三步进行。第一步是从发电厂甚至大气层中收集二氧化碳，第二步是利用太阳能电解反应从水中产生氢气，最后一步是用收集的二氧化碳与氢气反应，从而产生甲醇。刘教授也是新国大工程学院化学与生物分子工程系主任，领导新国大跨学科团队研究大规模生产这些绿色酒精燃料所需的变革性能源系统。

　　只需稍作改进即可使用现有基础设施输送绿色酒精燃料。由于绿色燃料可再生，因此它对于推动典型工业过程脱离化石燃料十分重要。

　　提高能源使用率

　　最后一项难题是确保产生和储存能源时尽可能减少消耗。这样，提高能源效率就能带来许多好处：减少温室气体排放，减少能源需求，降低成本。

　　数据中心运行是和能源效率相关的重要领域。数据中心是数字经济的支柱，但需要不断冷却才能有效运行。维持这种受控环境需要消耗大量能源，成本高昂，还会产生碳排放，尤其是对于新加坡这样的热带国家而言。

　　由新加坡国立大学、新加坡南洋理工大学和数据中心行业合作伙伴打造的全新热带绿色数据中心测试平台(Sustainable Tropical Data Centre Testbed, 简称STDCT)将开发节能替代冷却技术，在热带数据中心环境取得突破。这项耗资2,300万新元的项目将开创绿色高效的冷却解决方案，专门面向热带地区的数据中心。

　　除了数据中心之外，业界、商界和民众也能从更高效的能源使用中获益，这些应用是新加坡国立大学能源研究所(Energy Studies Institute, 简称ESI)的研究重点。

　　新加坡国立大学能源研究所专家致力于开发通过提高能源效率和节约能源获得经济和环境双效益的解决方案。他们研究能源政策及其对国家、区域乃至全球性的影响，提升对能源政策制定相关问题的集体认知。

　　新国大能源研究所的一项关键研究方案是开发综合能源系统建模和分析框架。这种建模能在不同时间段内对不同规模进行综合集中分析，为决策者在不确定条件下做出更好决策或权衡利弊提供见解。

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