陽光也能儲存能源？化學教授研發新型分子太陽能熱儲存系統
How sunburn inspired a new way to store energy
作者: Chris Baraniuk | 時間: Sat, 09 May 2026 08:28:23 GMT | 來源: BBC
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陽光有時確實會照耀波士頓，卻不是這樣。化學教授 Grace Han 數年前從波士頓造訪美國南部加州時，察覺了其中的差異。她只要戶外待上幾個小時，皮膚就會因第一種刺激跡象而刺痛。去年，她搬家到加州大學聖塔芭芭拉分校擔任工作，開始常戴寬邊帽、太陽眼鏡，並使用大量防曬乳。身為化學教授，她早已進行過相關研究。
「我當時只是休閒閱讀關於 DNA 光化學的資訊，」她回憶道。那時她意識到，被曬傷損壞的皮膚 DNA 分子或許能幫她忙。這些分子在受陽光輻射時會改變形狀，扭動成其平常形態的緊張版本。
數十年來，科學家一直在尋找能扭轉形狀、在此過程中儲存能量，隨後受促復原至原本形狀、按需求釋放儲存能量的分子。有點類似設置隨後觸發捕鼠夾。這被稱為分子太陽能熱（MOST）能量儲存，是一種潛在極便宜且零碳排放的供熱方式。這些 MOST 系統可儲存能量數月甚至數年。
研究人員先前對這項技術僅有有限成果，但多虧加州陽光，漢知道自己接下來該嘗試什麼。以平穩且可重複的方式啟動儲存分子的形狀轉變很重要。幸運的是，數百萬年的進化已在特定植物和動物中完善此過程。從某種意義上說，所有生物都是化學實驗室，某些生物進化出能力，能借助稱為光還原酶的酶來修復被陽光扭曲的分子。漢意識到這類分子因此是儲存系統的完美候選者。
「它們非常非常小，」她解釋道。「且每單位質量可儲存大量能量。」她於二月發表論文，與同事描述了迄今最具前景的這類儲存系統，至少就能量密度而言。漢表示，其功率足以讓試管內的小「電水壺」迅速煮沸少量水。負責該部分研究的學生趕緊告訴她結果。
「當我真正看到影片，發現整個溶液煮沸得有多快時，那真的很驚人，」漢回憶道。她強調，加州大學洛杉磯分校的同事 Kendall Houk 及其團隊製作的預測分子表現的電腦分析，對這項工作至關重要。
另一位 MOST 實驗家 Kasper Moth-Poulsen，領導西班牙波爾多理工大學及其他機構的研究團隊，未參與此研究但對結果印象深刻。「我認為我們最佳系統的數值是每公克一兆焦耳。他們達到了我認為 1.6 的數值，這真的很令人驚奇，」他表示，指的是漢及其同事達到的能量密度。他們二月論文記錄的每公斤 1.65 兆焦耳能量密度，遠高於目前手機和電動車最流行的鋰離子電池的能量密度。
漢及其同事提出的 MOST 系統確實有些限制。首先，導致系統核心分子改變形狀的光波長是 300 奈米——蘭卡斯特大學的 John Griffin 稱之為「非常強烈的紫外線」。「這確實來自陽光，但僅有極少量。」此外，用於逆轉扭曲分子形狀以釋放能量的觸發劑是鹽酸——一種高腐蝕性物質，使用後必須中和。
「這不是最理想的选择，」漢承認。她表示樂觀地期待系統能改善對自然光的反應性，且能無需有毒化學物質即可觸發能量釋放。這類工作的最終目標是脫碳，而脫碳供暖尤為困難。世界仍主要依賴化石燃料用於供暖應用。分子太陽能熱系統和化石燃料實際上都是化學能源儲存的兩種形式。但 Moth-Poulsen 強調 MOST 技術「運作時不需要燃燒任何东西」。此外，MOST 可在地面任何地方使用，而不像化石燃料集中在某些地區。他指出，這就是為什麼最近霍尔木澤海峽封鎖造成如此問題的原因。
Moth-Poulsen 表示 MOST 能量儲存系統也能長期儲存能量，甚至數十年。以熱能儲存的熱能可能僅能持續數小時、數天或數月。德國杜伊斯堡 - 埃森大學的 Harry Hoster 補充另一點需要考慮的事，他也是德國氫氣導向的 ZBT 燃料電池技術中心的科學主任。
MOST 系統中的感光分子必須相對稀薄。太厚則光線無法穿透所有分子。Hoster 估算，在極樂觀情境下，或許能將其做到 5 毫米厚。將分子包裝在液體中意味著您可能必須移動或泵送液體，例如從系統一部分移至另一部分以儲存能量或輸出。這增加了成本和複雜度。Hoster 說：「一旦您需要泵送物品，就有更多東西可能出錯。」
Griffin 表示他和同事正在研發 MOST 技術的固態版本。Han 也在研究 MOST 的固態版本，表示這些可採取透明窗戶塗料等形式。這樣，它們可釋放熱量以防止凝結，甚至暖化房間。Hoster 對 MOST 能否提供建築所需所有熱量持懷疑態度。然而，它可暖化衛星或飛機上對溫度敏感的組件。
「這是極佳的科學，」他補充。「他們能讓此功能運作，真是美得令人屏息。」創新和研究可能會持續，但值得注意該領域目前仍相對利基。Griffin 回憶去年參加 MOST 技術研討會，大約有 70 位與會者。「那基本上是全世界從事這方面工作的整個社區。」
修正：5 月 9 日：本文修正，釐清僅部分生物使用光還原酶修復 DNA。