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【太陽能】能源達人徐星全﹕太陽能救地球 香港點解唔做?(文﹕陳嘉文) (10:09)

八日前,全球最大的太陽能飛機「陽光動力號」飛越太平洋,不用一滴燃油,從夏威夷飛抵美國加州,完成環球之旅中最危險的一程。這在能源史上是標誌性的一刻,西方國家傳媒對此可說是相當重視,美國報章《報導者》還為此發表社論,說陽光動力號該給了世界一個重要的啟發。香港也有報道,不過都只寥寥百字,塞在國際花絮版面的一角。

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太陽能發電取代煤礦石油,香港人大多以為是科學家的天方夜譚,去年政府進行有關能源發展的諮詢後,電能規劃裏幾乎沒有再生能源的蹤影。但最近在研發太陽能電池上突破全球的理大教授徐星全說,太陽能將是全世界的能源趨勢,好多國家的太陽能發電已遍及民間,「我不明白為何香港政府不做,這必然是要由政府牽頭的」。有科學家曾計算,只要地球陸地騰出百分之一鋪設太陽能板,產生的電量,足夠滿足全人類的用電量——如果,現今地球面臨的氣候暖化與能源危機刻不容緩,可以拯救地球的,大概就是太陽能。

這個夢……做了二百年

關於太陽能的夢,人類其實已做了快要二百年,徐星全說,有科學家曾經預測,在幾年內,當利用太陽能生產的電能成本與燃油看齊,太陽能基本上就可取代燃油,夢想也就終於成真了。

這個二百年的故事,從一八三九年說起,當時一個法國科學家發現在光線底下的半導體出現電流以後,人們對於太陽能就開始有了想像,認為永不熄滅的太陽,終究有一天可以給人類源源不絕的能源,不分晝夜照亮地球。不過,人類在研究如何能把太陽的光線化為電源這事上,委實遇上好多困難。一百年後,一九五八年三月,美國第一次在太空科技上運用太陽能,讓太陽能電池組成的電池板推動衛星上的無線電設備;及後,人類開始嘗試把它應用至民生商業上,但由於技術未成熟、成本高昂,直至九十年代,我們最熟悉的大概只是計算機上的小型太陽能板。徐星全說,現今的太陽能科技,用以吸收太陽能、將之轉化為電能的物料主要有幾種,效率最高的是砷化鎵(Gallium arsenide),可把46%太陽能轉換為電壓,但由於這物料太昂貴,一般只用在太空科技上;而可在地球上廣泛使用的,最主要是硅(silicon),「最好的硅,效能可以去到27%,但價錢也是比較貴,不太實際,一般人買的太陽能板,大概是17%至18%」。三年前,徐星全帶領團隊研究一種「新物料」鈣鈦礦(Perovskite),價錢比硅廉宜得多,大概只是硅的五分之一,但效能在三年內由低至1%,經改良後急速增長至今年初的20.4%,是這物料史上最高的效能紀錄,「如果製電池時再加上硅,效能甚至可以去到25.5%,也是全球第一」。

為新物料「供氧」 點石成金

這種「新物料」,其實並不新,十九世紀已被礦物學家發現,不過一直沒有廣泛使用。「其中一個最大的難題,是它並不穩定。」鈣鈦礦曾經在科學界一度成為炙手可熱的物料,「它在高溫的情况底下,電阻是零,本該可以用來做電纜或用在鐵路上,但因為它實在太不穩定,今天電阻是零,明天有可能突然會變,太不可靠了」。大約在四年前,科學界有人開始重新研究它在太陽能的應用上是否可行。徐星全說,他們在接觸鈣鈦礦之初,無從入手,把陽光轉換成電壓的效率,不過1%。「雖然我們不是第一個嘗試的團隊,當時學術界也開始有關於這方面的學術文章,但沒用的,說真的,若跟住paper做就死梗,寫文章的人,總有方法只寫成果,但他究竟如何達到這成果?他們只會寫一部分,最關鍵的技術,不會告訴你。」

如何能把平平無奇的物料變成可造之材,點石成金?科學家主要從三方面着手處理:溫度、濕度、氣體。徐星全說,鈣鈦礦「狀態最好」時,溫度是100℃、濕度要低,「如何知道是100℃、濕度低?這都要靠我們逐一試驗,例如測試溫度,我們要先預備做好一堆鈣鈦礦電池,每個溫度用幾套電池測試,60℃、70℃、80℃、90℃、100℃、110℃,然後逐套得出數據」。最意想不到的,是加進氧氣後,鈣鈦礦的效能大大提升,「我們的經驗是,大部分半導體都不能用氧氣,氧氣會使它們的表現更差。但有一天,學生跟我說,每次借用別人部門的器材做實驗,得出的結果都比較好。這是出乎意料之外的,那款器材,我們都有,更貴更好,不過我們用的是全氮氣,他們用乾空氣,這才發現,原來氧氣是關鍵」。

漫長科學路 沉迷入實驗室

對一般人來說,徐星全的研究重點在哪,其實並不容易理解,簡單而言,是徐星全利用一種新物料做太陽能電池,相比現在常用的硅,價錢更廉宜、效能更高。我以為,他做出的研究成果能登上世界之冠,是他多年來鑽研太陽能的成果,但他說他其實畢業後一直從事關於光學子的研究,嚴格地說的話,六、七年前才真正接觸太陽能。不過,沒變的是由始至終都醉心科學研究。徐星全說,他曾經問過自己,為什麼會選擇科學為志業,「大學時代,我徘徊在歷史與科學之間,但後來我知道,我對科學更沉迷」。他記得,在做研究生的年頭,實驗室裏的光陰如梭似箭,有一天,早上九時回到實驗室工作,然後第一次低頭看手表,已是下午四時多。「現在不少學生告訴我,讀書有多用功多辛苦,但沒有幾人能打動我,因為我還是學生的時候,幾乎每天在實驗室待至最後一分鐘,乘凌晨二時二十分的尾班車回家。不止一次,趕不及尾班車,唯有在冰天雪地穿過墳場、走二十分鐘的路回家去。」他邊笑邊說,自己不曾感到辛苦,他覺得,如今做了大學教授、繼續在實驗室工作,「就像是全香港人納稅給我買來好貴的遊戲機,每天在實驗室裏玩,玩完之後,仲有人出糧畀我!哈哈哈,我覺得,這是沉迷」。

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「在大學做什麼研究,有時候並不能想做就做,要多方面配合,例如要有相關的儀器。六、七年前,剛巧有理大、研資局和歐雪明勵學教授基金提供資助,可讓我做這方面的研究,於是就試試新花樣。」他當時並沒想到幾年下來的成果這麼大,不過他強調,媒體都誇大了他的成就,鈣鈦礦其實仍在研發階段,距離可以大量生產大陽能板,仍有一段距離,「我不敢說,這物料最後是否能改變世界」。

有一天,取代石油?

太陽能發展近二百年,起初進展其實並不顯著,技術不成熟、研究成本大,二戰前後,人們大量開採礦物燃料,太陽能研究工作甚至陷入低潮。直至七○年代,能源出現危機,人們才開始意識到必須減少對石油的依賴,重新投入研究包括太陽能的再生能源。時至今日,全球面臨氣候暖化,減少使用石油、發展再生能源成為大勢所趨,像德國,再生能源前年終於發展成該國電力供應的最大支柱,當中太陽能增幅最大,佔總發電量百分之五;中國的發展更誇張,「賣手機的華為,也有生產太陽能。我最近看到,他們在沙漠設置大型的太陽能發電場,但在沙漠偏遠,怎監控太陽能板是否都正常運作?他們不用派人去,他們用無人飛機」。

「人類需要多少電能?18TW。而我保守地計算的話,太陽有23000TW,太陽夠照我們有餘。」徐星全說,有科學家曾計算,只要在地球上百分之一的土地鋪上太陽能板,所生產的電能其實就足夠全世界所有人用。太陽能取代石油,並不是天方夜譚,而全球很多國家的人其實都向這方向邁進,除了香港人。「外國有很多人在家鋪太陽能板,生產的電能,並不是用於自己家中,而是駁上電纜,送進電網中。電力公司當然不會主動回購你的電,那對它沒有好處,所以這必須由政府主動立例,發電後政府保證幫你買電,補貼你的電費。」不同國家有不同補貼方案,發展至今,自設太陽能板發電已是一般平民可負擔、甚至有利可圖的事。徐星全十年前到內地看工廠,說當時的太陽能板,平均生產每度電要四十元人民幣;三個月後,跌至二十八元,再四個月後,變成十八元。「現在,不止是太陽能板,說的是整個package,包括變壓器、支撐太陽能板的支架等,生產每度電才1.5美元、大約十元人民幣。往時,一個太陽能發電場要十年才回本,如今只需四至五年。」

澳門用戶產電 電廠回購 香港遠遠落後

只是,在這方面,香港還不及它的姊妹城巿澳門,澳門去年已制定用戶生產電力輸往電網後向電力公司收費的制度,每度電「回購價」約四元澳門幣。那麼,香港算是在什麼階段呢?徐星全反問:「香港有(太陽能發電)咩?」翻看資料,香港兩間電力公司分別在南丫島和晨曦島有設置太陽能發電系統,不過發電量只及總電量0.01%,而政府也不是沒有推動太陽能發展,但措施不外乎在政府建築物或公共設施「按個別場地實際情况加設太陽能發電裝置」。香港民間難以發展太陽能,大多意見認為最大困難是土地問題,不過,先不論土地比香港更少、同樣大廈林立的澳門也可以決心制定回購電力的制度,吸引樓宇業主投資發電設施,徐星全說,太陽能未必能完全滿足香港人的電量需求,但還是有能力減輕香港的污染程度,改善香港人生活質素,例如太陽光加上熱能所能夠產生的電能,「效率高達六成,對於供應冷氣和暖氣很有用」。

雖然時間緊迫,但徐星全認為太陽能還是可以拯救地球。至於如果香港需要拯救的話,則香港人也需要格外努力。「香港人好浪費電能,你去看看燈舖?夜晚你去銅鑼灣,半夜十二時,招牌還亮着,給誰看?香港的交通燈,幾年前仍在用鎢絲燈膽,這很浪費,鎢絲燈膽壽命十年,但因為那是交通燈,壞了會有意外,於是五年就要換,但內地二三線城巿的交通燈,早已用上LED,待燒了才換也不遲,二十粒燈膽,燒咗兩粒,仲有十八粒!香港好像好先進,實際上,根本不是那回事。」

(原文載於201651日《明報》星期日生活。文章為作者觀點,不代表《明報》立場)

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