據(jù)英國《衛(wèi)報》網(wǎng)站10月9日報道，11月末，歐洲科學部長們將在巴黎召開高級別會議，決定歐洲航天局（ESA）接下來的優(yōu)先事項（英國目前仍是該機構的成員），其中之一是測試在軌道上建設商業(yè)發(fā)電站的可行性。這些巨大的衛(wèi)星將把陽光轉(zhuǎn)化為電力，然后輸送至地球上的電網(wǎng)中。這個擬議中的項目名為Solaris，它將決定這一想法是否有助于提升歐洲未來的能源安全，抑或只是天方夜譚。

如果這項研究獲得批準，那么對于航空工業(yè)是利好消息，因為該行業(yè)一直處于太陽能發(fā)電發(fā)展的前沿。1957年，俄羅斯發(fā)射了電池供電的一號衛(wèi)星；一年后，美國發(fā)射了“先鋒1號”衛(wèi)星，這是在軌運行的第四顆衛(wèi)星，也是第一顆利用太陽能發(fā)電的衛(wèi)星。從那時起，太陽能電池板成為航天器的主要動力來源，推動了研究進展。“先鋒1號”的太陽能電池僅可把捕獲的9%的陽光轉(zhuǎn)化為電能。如今，這一效率提高了一倍多，而且還在繼續(xù)提高，制造成本卻持續(xù)下降。這是制勝之道。

麥肯錫咨詢公司合伙人約亨·拉茨說：“過去20年，太陽能的成本迅速降低，比業(yè)內(nèi)大多數(shù)人士的預期更快�！币灾劣谠谥袞|和澳大利亞，太陽能成為最便宜的發(fā)電方式。拉茨說，隨著這項技術的持續(xù)發(fā)展，中緯度國家也會如此。拉茨說：“我們預計，到2050年，歐盟超過40%的能源將來自太陽能——如果各國實現(xiàn)既定目標的話�！睂脮r，太陽能將成為歐盟最主要的能源來源。

然而，要充分利用地球上的太陽能電池板，需要解決幾個顯而易見問題。首先，我們晚上怎么辦？今年5月，澳大利亞新南威爾士大學光電和可再生能源工程學院副教授內(nèi)德·伊金斯-道克斯及其研究團隊展示了一種通過紅外線而非陽光發(fā)電的太陽能電池。這種電池可以在夜間運轉(zhuǎn)，因為地球以熱量的形式儲存來自太陽的能量，然后將熱量以紅外輻射的形式輻射回太空。

這種裝置的原型機使用的技術與夜視鏡相同。目前它只能產(chǎn)生幾毫瓦的電力，但伊金斯-道克斯認為它存在很大潛力。他說：“這才剛剛開始，這是全世界首次展示熱輻射電能�！彼�的團隊的目標是研制出“功率（比原型機）強1萬倍”的成品。屆時，在屋頂上安裝這種設備（可能作為傳統(tǒng)太陽能電池板的額外加層）有望為住宅提供一整晚的電力并維持冰箱和WiFi路由器等電器的運轉(zhuǎn)。盡管這對每個家庭來說微不足道，但對一個國家來說意義重大。

太陽能的另一個問題是，有些日子沒有太陽。為解決這一問題，在陽光明媚的日子里產(chǎn)生的過剩電力需要儲存在電池中，但目前的電池儲存能力很差。全電動汽車租賃公司UFO駕駛公司的首席執(zhí)行官艾丹·麥克林說：“到2030年，歐盟將需要約200吉瓦的儲能電池，但截至2021年，歐盟僅有2.4吉瓦的儲能電池，所以儲能需要大幅增加。”

為幫助彌補這一缺口，麥克林提出了一項名為“從車到電網(wǎng)”（V2G）的計劃：用電動汽車的電池儲存屋頂太陽能電池板產(chǎn)生的多余電力，在晚上需要時將電力輸送給住宅，甚至在電力需求旺盛的其他時期將其出售給國家電力公司。麥克林說：“如果V2G得到廣泛采用，那么所有電動汽車的預期儲量將大大超過電網(wǎng)未來的儲能需求�！弊罱�在英國白金漢郡米爾頓凱恩斯進行的一項V2G試驗顯示，參與者使用一種用可再生能源生產(chǎn)電力的“智能”充電系統(tǒng)，不僅省錢，還減少了碳足跡。

另一種方法是用太陽能生產(chǎn)可持續(xù)的汽車燃料，而不是發(fā)電。英國劍橋大學化學系的弗吉爾·安德烈及其同事在光合作用的啟發(fā)下研發(fā)出了一種薄薄的“人造樹葉”。植物的光合作用會吸收陽光、水和二氧化碳，將其轉(zhuǎn)化為氧氣和糖分。在人造樹葉中，輸出的物質(zhì)是合成氣。這種碳氫混合氣體可通過各種工藝生產(chǎn)出多種燃料，甚至包括汽油和煤油。

安德烈說：“我們希望將大氣或其他工業(yè)過程中的二氧化碳注入此類系統(tǒng)，制造綠色燃料。這樣不僅沒有向大氣中排放更多二氧化碳，反而創(chuàng)造了循環(huán)碳經(jīng)濟�！比嗽鞓淙~將依靠捕獲碳的植物（目前植物被用來從工業(yè)過程中吸收二氧化碳），將其“回收”成可持續(xù)燃料。

該團隊2019年首次制造出一片人造樹葉，但它是一種由玻璃和金屬構成的笨重結構，配備一個底座。不過，研究人員今年宣布，他們研發(fā)出了一種體積更小、更像樹葉、能在河上漂浮的結構。這片葉子和前驅(qū)氣體以及水一起被密封在一個透明的塑料袋里，然后在河上漂浮了幾天。之后，研究人員打開袋子，測試光合作用產(chǎn)生的氣體。

人造樹葉本身由鈣鈦礦構成。天然存在的鈦酸鈣就是典型的鈣鈦礦。1839年，德國礦物學家古斯塔夫·羅斯在俄羅斯烏拉爾山脈發(fā)現(xiàn)了鈣鈦礦，以俄羅斯同行列夫·佩羅夫斯基的名字為其命名�，F(xiàn)代鈣鈦礦有不同的化學成分，有些可以充當太陽能電池。

安德烈說：“這些材料很新，而且令人興奮�！睂嶒炇覝y試顯示，鈣鈦礦或許比傳統(tǒng)太陽能電池板中使用的硅更高效。鈣鈦礦甚至可以取代未來太陽能電池板中的硅，因為制造輕薄柔軟的鈣鈦礦板層更容易。另一個優(yōu)點是，鈣鈦礦產(chǎn)生的電流和電壓比硅更高，這有助于實現(xiàn)能量更強的反應過程，就像人造樹葉研究中的那樣。

不過，盡管這一切聽起來很有希望，但在地球表面用太陽能發(fā)電存在一個無法克服的問題：大氣。大氣層中的分子把一半左右的陽光散射到直射光束之外。正是這些跳躍的分散光線構成了我們所熟悉的藍天。太空沒有大氣層，所以陽光未經(jīng)稀釋。太空競賽之初，航空航天工程師們就發(fā)現(xiàn)，將一塊太陽能電池板送入軌道后，它的自動發(fā)電量是地球上的兩倍左右。因此，幾十年來，工程師和夢想家一直希望將太陽能發(fā)電衛(wèi)星送入軌道。

原理很簡單。一群攜帶巨大太陽能電池板的航天器收集陽光，然后將其轉(zhuǎn)化為電力，并將電能傳回地球。如何通過無線方式在太空中傳播能量？事實證明，這種做法已經(jīng)有幾十年歷史了。自上世紀60年代以來，每一顆通信衛(wèi)星都用一塊太陽能電池板發(fā)電，然后將其轉(zhuǎn)化為微波信號并發(fā)送到地球。在地面上，天線將微波轉(zhuǎn)化為電能并讀取信號。歐洲航天局的桑賈伊·維金德蘭說：“天基太陽能發(fā)電過程涉及的物理學原理（與地球上）完全相同，但規(guī)模大得多。”他正在協(xié)調(diào)擬議中的Solaris項目，以研究天基太陽能發(fā)電的可行性。

自太空競賽開始以來，每隔幾十年，人們就會對太空太陽能的想法進行研究，但每次結果都一樣：發(fā)射如此大的衛(wèi)星的成本讓人望而卻步。但現(xiàn)在情況不同了。

美國國家航空航天局（NASA）前物理學家、現(xiàn)任阿泰米斯創(chuàng)新管理解決方案公司總裁的約翰·曼金斯說：“2015年，奇跡發(fā)生了�！�獵鷹9’號可回收火箭首次飛行�！甭�金斯是太陽能衛(wèi)星專家，幾十年來參與了許多可行性研究。隨著真正的可回收火箭的出現(xiàn)，將設備送入軌道的成本迅速下降。曼金斯預計，發(fā)射成本已經(jīng)從每千克1000美元降至300美元左右。他說：“這是太空太陽能的圣杯。它不僅是有可能發(fā)生的，而且在今后5到7年一定會發(fā)生�！�

其他人也同樣樂觀。2021年9月，弗雷澤-納什咨詢公司應英國政府要求發(fā)布了一份報告，其結論是：“太空太陽能發(fā)電在技術上是可行的，價格可以承受，而且既能為英國帶來可觀的經(jīng)濟效益，又能支持凈零排放�！苯衲�8月底，歐洲航天局也發(fā)表了太空太陽能研究報告，得出了類似的結論。因此，歐洲航天局在11月要求其成員國資助一項為期3年的太陽能衛(wèi)星可行性研究，詳細探究此類系統(tǒng)在商業(yè)上是否可行。維金德蘭說：“Solaris將檢驗這種做法是否真的可行，在我們申請數(shù)十億歐元資金之前，這很有必要�！�

無論太陽能衛(wèi)星是否進入軌道，毫無疑問的是，太陽能將主導未來的能源版圖。正如當前的烏克蘭危機所表明的，這些衛(wèi)星可以提升能源安全，并減少碳排放。