CO²電池在成本、碳排放量、推廣性和生命週期都具有優勢，能使化石燃料和核能成為過去

在當今這個時代，我們依舊在透過開採和燃燒石油來提供能源，這似乎很瘋狂。這種古老的方法不僅會破壞地球，而且耗資巨大，甚至會引發戰爭。但最近的一項創新可能會使化石燃料，甚至一些新一代能源完全過時，因為它使太陽能和風能變得更便宜、更環保。歡迎來到 CO²電池（二氧化碳電池）的神奇世界。 

首先，什麼是 CO² 電池？ 

這是一個透過在一個閉環中改變二氧化碳的狀態，以此來儲存能量的系統。當電池放電時，它只是一個充滿二氧化碳氣體的巨大圓頂（dome）。而當電池充電時，二氧化碳被泵出圓頂並被壓縮和加熱。熱量被轉移並儲存在一個被稱為 TES（熱能儲存）的裝置中，該裝置將二氧化碳轉化為一種冷的、緻密的液體，然後儲存在儲罐（tanks）中。現在能量以熱量的形式儲存在 TES 中，以高壓的形式儲存在液態二氧化碳儲罐中。 

電池放電是一個兩步驟的過程。首先，打開儲存罐，釋放高壓液態碳。隨著碳從容器中釋放出來，壓力下降，導致二氧化碳重新轉變為氣體並迅速膨脹。然後這些氣體通過 TES，在那裡被加熱並進一步膨脹。這種雙重膨脹會產生巨大的壓力，透過渦輪推動發電機旋轉發電。然後二氧化碳氣體被泵回圓頂，為電池再次充電做好準備。 

因此，這是一個相對複雜的套件，由於它需要大型儲存罐，所以短期內你可能找不到利用這種方式供電的電動汽車。但是是什麼讓這種奇怪的電池如此具有革命性呢？在我看來，它的革命性的主要體現在這四個方面：成本、碳排放量、可推廣性和生命週期。這些因素使其成為電網電池的理想選擇。 

目前來看，風能和太陽能非常出色，它們創造了大量的能源，而且幾乎沒有碳排放！但風並不總是在吹，太陽並不總是照耀。因此，我們需要利用巨型電網電池在能量過剩時儲存能量，然後在短缺時釋放能量。

▲ Rendering of a Tesla grid battery — Tesla

目前用於這一過程的電池是鋰離子電池，與電動汽車、筆記型電腦和手機使用相同的技術。但是 CO² 電池更適合用於電網電池。

它們的主要優勢是成本低。買過電動車的人都知道，換一塊新電池很貴。但是，由於 CO² 電池可以用容易獲取的材料製造，它們可以以大約一半的成本製造，使風能和太陽能發電廠更容易負擔得起。

二氧化碳電池的第二個優勢是對環境的影響要小得多。鋰離子電池並不是你想像中的環保天使。建造它們需要大量的能源和交通運輸，因此其生產會產生相當大的碳排放量。此外，獲取原材料所需的鋰礦開採也存在大量的環境問題和人道主義問題。而且另一方面，二氧化碳電池還可以使用現成的回收材料製造，這使得它對於我們珍貴的星球更加環保。

▲ 鋰離子電池的生產過程並不環保（Photo by Dominik Vanyi on Unsplash）

這也意味著二氧化碳電池更容易推廣開來。我們現在正一頭栽進電池危機中，材料供應鏈無法應對近年來電池需求飆升的速度，這就是鋰、鎳、錳等原材料價格暴漲的原因。但是二氧化碳電池不存在同樣的供應鏈問題，這意味著成千上萬的 CO² 電池可以輕鬆快速地被製造出來。所以，從理論上講，全世界都能以極快的速度接受這項技術。

最後，我們來談談生命週期。任何一個擁有 iPhone 的人都會告訴你，鋰離子電池不能永遠使用。每次充電，電池的內部結構都會退化，隨著時間的推移，電池容量會縮小。現代高階鋰離子電池最多可以充電 2000 次，但廉價的鋰離子電池只能充電幾百次，性能就會嚴重下降。這意味著鋰離子電網電池大約每十年就需要更換或擴展一次。這不僅是一筆相當大的開支，而且還會透過額外的碳排放和採礦造成更多的生態破壞。但同樣，CO² 電池要優越得多，因為它不會退化。理論上，這些電池可以在定期維護的情況下使用數百年，這意味著它們成本更低，對生態的影響也更小。

然而，CO² 電池並不是完美的解決方案。鋰離子電池的效率約為 99%。這意味著如果你用 1 千瓦時充電，你會得到 0.99 千瓦時回來。這種高效率意味著我們需要更少的太陽能電池板和風力渦輪機來保持高功率輸出。然而，CO² 電池卻遠遠落後，最高只能達到 80% 的效率。這意味著我們需要建造更大的太陽能和風能發電廠，來獲得同樣高的功率輸出。這將增加成本，產生更大的碳排放（通過生產更多的電池板和渦輪機)，並可能增加生物棲息地的喪失（特別是太陽能）。

▲ 我們需要建造更大的太陽能和風能發電廠，來獲得同樣高的功率輸出。（Photo by Zbynek Burival on Unsplash）

但是，CO2 電池低廉的成本應該足以抵消需要更大場地的成本和碳排放量。大型太陽能發電廠造成的土地損失也可以透過現代化、更高效率的太陽能電池板和精心的生態規劃來緩解。

因此，總的來說，CO² 電池可以使風能和太陽能更便宜，並減少它們對環境的總體影響。

如此令人難以置信的產品可能會啟動一場可再生能源革命。當你可以從 CO² 電池支援的太陽能或風力發電廠獲得更多的電力，並減少環境污染時，你為什麼還要費心研究核能或保持燃氣發電廠的運行呢？開發中國家會認為這是一種快速發展能源基礎設施的方式，而且成本更低，還能帶來額外環保的好處，而已開發國家會認為這是一種廉價和可持續的方式（考慮到當今的經濟，這是相當重要的）。

▲ 為什麼要用核能和天然氣呢？（ Photo by Dan Meyers on Unsplash）

我認為這些電池「可以掀起一場可再生能源革命」。這一翻天覆地的變化已經開始了，因為第一批 CO² 電池已經由 Energy Dome 公司製造出來了，也正是該公司發明了這一概念。而 CO² 電池的概念是在 2020 年 2 月才構思出來的，這表明了這項技術的發展、實施和規模化的速度有多快。它沒有複雜的製造過程，沒有重大的安全問題（相比於鋰離子電池容易著火），也沒有敏感的供應鏈，眨眼之間就從概念變成了現實。

這表明我們不需要一個聚變反應堆或某種科幻技術來拯救寶貴的地球。只要用現有的技術進行一點巧妙的橫向思考，就可以非常迅速地產生令人難以置信的結果。每一次這樣的進步，都會使得我們的未來更加光明。