能源轉型,稀有金屬是新能源的關鍵元素?!——《稀有金屬戰爭》

  • 作者/皮特龍 (Guillaume Pitron);譯者/蔡宗樺

一直以來,人類社會不斷希望將諸多大自然的能源(風力、熱能、太陽能)轉化為機械能。

風力轉換成電能供我們使用。圖/pixabay

因此,風車這種器具即是利用風力啟動葉片、風輪,後頭連接著壓碎橄欖或穀物的磨石。蒸汽機是能夠發動火車頭的引擎,利用水蒸氣形成的熱能,藉由活塞轉化為機械能。在內燃機中,則是再一次由燃燒石油產生的熱能,啟動活塞以及汽車。

事實上,我們製造能夠進行機械運動的機器,已長達數個世紀。我們愈增加機械運動的可能性,愈能夠快速移動和交易、將新任務交給機器和其他機器人、提高生產率,以及賺很多錢。

為了確保機器運作良好,必須提供機器充足且便宜的能源。要增加賭注,我們才能滿足經濟成長的目標。因此近三個世紀以來,我們不斷製造出尺寸—力量—價格的關係愈來愈出色的新機器:

愈來愈輕巧、愈來愈節省能源,同時產生愈來愈多的機械能。

這時,就輪到稀有金屬登場了。礦物學家從 18 世紀就知道這些元素的存在,但沒有人對大部分的稀有金屬感興趣,因為尚未發現它們的工業用途。不過,自 1970 年代開始,人類開始利用若干稀有金屬的特別磁性(如鐠和釹),用於製造超強磁鐵。

我們的生活逐漸被「磁化」

磁鐵豐富了我們生活。圖/giphy

當電荷進入磁鐵的磁場,將產生可製造機械運動的力量。最小的磁鐵只有別針頭的大小;人類所製造最大的電磁鐵,有 4 公尺高、重 132 噸,位於法國艾松省薩克雷(Saclay)鎮的原子能委員會。

無論是極小或巨大,這些磁鐵如今用來驅動大多數的電動馬達,就如同之前的蒸汽機與汽油引擎的活塞。這些磁鐵可製造數十億個大大小小的發動機,在日常生活中替人類不停重複某些動作,例如轉動電動腳踏車、推動大量的火車頭、使電動牙刷或手機震動、啟動轎車的電動車窗、或推升電梯至摩天大樓的最高樓層。

事實上,我們的社會在不知不覺中完全被磁化,如果沒有內含稀有金屬的磁鐵,世界將大幅變慢,這個說法並不誇張。下次你把玩所蒐集到的、貼在冰箱上的彩色磁鐵時,可以好好思考這一點!

電動馬達不只讓人類無止盡的更加富足,還使「能源轉型」成為可能實現的夢想。多虧電動馬達,我們發現能夠在完全不依賴煤炭和石油的情況下,製造最大量的動能與財富。電動馬達不久之後將取代所有傳統引擎,這一點也不令人驚訝。

我們已利用電動馬達來推進船艦、讓太陽能飛機「陽光動力號」(Solar Impulse)環遊世界、拋射太空探測器及人造衛星、使顛覆車輛市場的許多新汽車運行。當然,這些電動馬達的動能來自電池,電池提供所需電流,以啟動磁鐵運作。

不過,稀有金屬能夠使生產的電更為乾淨:它們使若干風機的葉片轉動,且透過光電板將陽光轉化為電流。因為稀有金屬能去除「從能源製造端到最終消費端的能源週期」裡大部分的汙染,使人類得以期待一個沒有核電廠、煤炭或燃油的新世界。

而這只是開頭而已,因為稀有金屬同樣擁有許多化學、催化性、光學特質,對無數的環保科技而言不可或缺。詳細說明這些特性需要一整本書籍的空間。我們需要記得的是,這些金屬能夠將汽車排出的氣體留在觸媒轉化器中、點亮更省電的 LED 電燈、製造出更輕巧且更強勁的新工業材料,以及改善汽車與飛機的能源效率。

環保科技與數位科技並進前行

兩千年前,希伯來人因為擁有了嗎哪(一種天上降下的天賜食物)而能夠穿越西奈沙漠;今日,另一項地底下的豐饒之物,已送到我們環保饗宴的桌上。每個環保的應用方法都含有稀有金屬,可以肯定的是,有個善良的仙女正在眷顧我們。

日新月異的科技,讓我們的生活更加方便,環保科技也在進步。圖/giphy

最令人驚訝的是,這些稀有金屬對資訊與通訊新科技而言,同樣不可或缺,因為稀有金屬的半導體特性能夠調節在數位儀器中傳導的電流。

因此,過去用於不同功能的環保科技,與數位科技正在融合——愈來愈精密的軟體和演算法得以在智慧網絡內,調節製造者與消費者之間的能源流動。這就是智慧電表 Linky 與智慧瓦斯表 Gazpar 的優勢所在,愈來愈多的家戶已配備這些智慧儀表。

在未來的智慧都市裡,藉由在路上加裝感應器,可依人行道上有無行人,來調整路燈明暗,我們將可省下高達 65% 的街道照明電力;同樣的,氣象預報軟體也能夠將太陽能光電板的效能,提高 30%。

因此,這兩種轉型皆需要彼此——數位科技伴隨著綠色科技,並使綠色科技的效果倍增。這樣的交融開啟了能源充足的年代,促進了新產業的發展,而且已經在全世界創造一千萬個就業機會。

這就是我們所謂的良機,而我們的政府首長明瞭這點:為了促進這些新市場的發展,歐盟已要求會員國在 2030 年前,將二氧化碳排放量比 1990 年減少 40%,且將可再生能源占總消耗能源的比例提高至 27%。

在如此正確的道路上,有什麼理由要停下來呢?法國非政府組織 négaWatt 表示:「到了 2050 年,完全以可再生能源來因應法國所有能源需求」甚至是可能的。就連美國民主黨眾議員歐加修-寇蒂茲(Alexandria Ocasio-Cortez)都於 2019 年,在她提倡的「綠色新政」(Green New Deal)法案中,為相同目標辯護。

——本文摘自《稀有金屬戰爭》,2020 年 5 月,天下文化

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