麻省理工学院的Asegun Henry关于“巨大的热挑战”，以保护人类免于因气候变化而灭绝

麻省理工学院的Asegun Henry解决了五个“巨大的热挑战”以阻止全球变暖趋势：“我们在这里的任务是使人类免于因气候变化而灭绝。”

如今，全球90％以上的能源使用热量，无论是用于发电，供暖和制冷建筑物和车辆，制造钢铁和水泥，还是用于其他工业活动。总体而言，这些过程每年都向环境排放大量的温室气体。

重新设计我们运输，存储，转换和使用热能的方式，对于避免全球温度超过2摄氏度的上升将有很长的路要走，这预计将使地球陷入一连串的灾难性气候情景。

但是，正如三位热能专家今天在《自然能源》（Nature Energy）上发表的一封信中所写的那样，“尽管存在这一关键需求，但目前在热科学领域的研究与深度脱碳所需要的东西之间仍然存在重大脱节。”

为了激励科学界致力于应对气候关键的热问题，作者提出了五项热能“重大挑战”，或者说是需要进行重大创新以遏制全球变暖趋势的广阔领域。麻省理工学院新闻学院与主要作者Asegun Henry和机械工程系的Robert N. Noyce职业发展副教授进行了交谈，探讨了这一宏伟愿景。

问：在我们详细介绍您提出的五个挑战之前，您能否简单介绍一下本文的产生方式以及为什么将其视为行动呼吁？

A：本文是从这次非常有趣的会议中诞生的，在那次会议上，我和我的两位合著者被要求与比尔·盖茨会面，并教他热能的知识。我们于2018年10月与他进行了几个小时的会谈，当我们离开机场时，我们都同意与比尔分享的信息需要更广泛地传播。

这篇特殊的论文专门涉及热科学和工程学，但是它是一个交叉学科领域，有很多交叉之处。本文的构架方式是关于五个重大挑战，如果解决这些挑战，将从字面上改变人类的前进方向。这是一个很大的要求-但我们会予以支持。

我们确实需要宣布这一使命为使命，这与我们将把人类送上月球的宣言类似，在科学界，您看到了为达成该使命而做出的共同努力。我们在这里的任务是使人类免于因气候变化而灭绝。任务很明确。这是五个问题的子集，如果我们能够解决的话，它们将带给我们大多数解决方法。时间不多了，我们需要全力以赴。

问：您在论文中概述了五个热能挑战？

A：第一个挑战是开发用于电网，电动汽车和建筑物的蓄热系统。接上电网：目前正在开展一项国际竞赛，以开发一种网格存储系统来存储可再生能源中多余的电量，以便您以后可以使用它。这将使可再生能源渗透到电网中。如果我们能够到达电网完全脱碳的位置，那么仅此一项就可以将电力生产中的二氧化碳排放量减少25％。这样做的好处是，一旦您对电网进行了脱碳处理，您就可以使用电动汽车为交通运输行业脱碳。然后，您要谈论的是将全球碳排放量减少40％。

第二个挑战是使工业过程脱碳，这占全球二氧化碳排放量的15％。这里的主要参与者是水泥，钢铁，铝和氢。这些工业过程中的某些过程本质上涉及二氧化碳的排放，因为反应本身必须以当前形式释放二氧化碳才能使其工作。问题是，还有另一种方法吗？我们要么考虑另一种制造水泥的方法，要么提出一些不同的东西。这是一个极其艰巨的挑战，但是有很多好主意，我们需要更多的人对此进行思考。

第三个挑战是解决冷却问题。空调和冰箱中含有对环境非常有害的化学物质，按摩尔计算，其危害性是二氧化碳的2000倍。如果密封件破裂而制冷剂散发出来，那么少量的泄漏将导致全球变暖发生明显变化。如果您考虑到印度和其他现在可以使用电力基础设施来运行交流系统的发展中国家，那么到2050年，这些制冷剂的泄漏将占全球变暖的15％至20％。

第四个挑战是热量的长距离传输。我们传输电力是因为它可以以低损耗传输，而且价格便宜。问题是，我们能像传递电一样传递热量吗？发电厂有大量的废热，问题是，发电厂所在的地方和人们居住的地方是两个不同的地方，而我们没有连接器来从这些发电厂提供热量，这实际上是浪费了。您可以用一小部分废热来满足世界上整个住宅的供热负荷。我们所没有的是将它们连接起来的电线。问题是，有人可以创造一个吗？

最后一个挑战是可变电导构建包络。有一些演示表明，在物理上可以创建导热材料或会改变其电导率的设备，这样，当温度很高时，它可以阻止热量穿过墙壁，但是当您想要时，您可以改变其电导以让热量流入或流出。我们离拥有一个运行正常的系统还很遥远，但是基础已经建立了。

问：您说这五个挑战是科学界的一项新任务，类似于将人类登上月球的任务，但任务期限很明确。就需要解决这五个热问题以缓解气候变化而言，我们在这里谈论什么样的时间表？

A：简而言之，在通向不可避免的全球平均气温升高超过2摄氏度的道路上之前，我们已经有大约20到30年的正常运作。这看起来似乎很长一段时间，但并不是当您考虑到天然气用了70年才成为我们能源结构的20％时。想象一下，现在我们不仅要更换燃料，还需要在不到三分之一的时间内对整个能源基础设施进行彻底检修。我们需要巨大的变化，而不是昨天，而是几年前。因此，我每天都担心我们会做得太少太迟，而作为一个物种，我们可能无法幸免于地球母亲的挫折。

参考：自然能源公司，Asegun Henry，Ravi Prasher和Arun Majumdar撰写的“五个热能脱碳挑战”，2020年8月10日，自然能源。DOI：
10.1038 / s41560-020-0675-9