太陽能

 

    壓下第八排六十三號按鈕;在第三、五、七的所有按鈕就……。一名穿著登山鞋的科學家,站在世界最大的太陽爐控制板旁邊,操縱著光線;一些平面的鏡子在他的指揮下捕捉陽光,然後將所得的陽光反射到一面龐大的凹面鏡上;光線集中投射於一小點,使太陽被加以利用的16,000個影像,產生出3,800℃的溫度。

    科學幻想故事中的這一幕,已被「太陽能源研究實驗中心」(Solar Energy Research Laboratory)所演出,它的太陽爐現正在法國庇利牛斯山,歐德洛(Odeillo)的一個小村莊上閃著光芒,數位法國化學家和物理學家已設立傲視群倫的太陽研究中心,價值將近七百五十萬美元的投資,使太陽爐的能力遠超過座落在美國的對手十倍之多。(見圖)

    太陽爐是歐德洛「太陽能源研究實驗中心」主任、法國化學家特朗伯(Feliex Trombe)教授的創作。由於特朗伯教授藉日光研究礦物中氧化物的融合結果,法國國立科學研究中心(簡稱CNRS; French National Centre for Scientific Research)方予資助,於1969年創建了這座龐大的太陽爐。

    二次大戰以來,電子學及太空工業方面的發展,已大大地增加了陶器及其他高品質折光物質的需要量。目前工業所需的是無線電傳送器的石英晶體、高壓絕緣的鐵礬土及陶瓷、核子反應爐的風信子玉,以及預防核子爆炸的特製鎢或鈷鋼等。

    上述這些物質的生產,需要稀有金屬和矽土在高溫下融合。但傳統使用的熔爐,如電弧爐等,其溫度雖較太陽爐為高,但在原料處理過程中,會產生化學污物和磁場變形的缺點。

在科學與工業觀點而言,利用太陽產生熱力將更便捷(無需為煤及石油的轉換而等上數百萬年),而且獲得的熱力是純淨的,免費的,也省卻熱力形成前花費的時間。所需材料僅是充足的陽光和一面凹面鏡,用來集中日光射線於一小小的熱點上。學童們經常用凸透鏡在公園椅凳上烙下自己的名字據說阿基米德曾在西元前三世紀時用「火鏡」摧毀羅馬艦隊;十八世紀法國科學家拉瓦西(Lavoisier)也曾製造一塊多面的凹鏡,產生了2,000℃的溫度。

    特朗伯教授在歐德洛的設計原理,與此大同小異。六十三塊平面鏡,每塊表面積有140平方呎,每塊又包括了180個單獨面,均安置在朝南梯形坡地上,分成八排。這些都利用遙控,將太陽光反射到一面巨型拋物線狀的鏡子,再由此鏡將光集聚在56呎遠處的強烈熱處所。最熱的地方是爐內六呎處。太陽爐位置在拋物線鏡前的T型塔內,這也是工作場所。

    太陽爐塔內的一座小艙為控制室,由此控制人員可依所需能源的量,決定參加操作的鏡子的數量。

    太陽爐內部為纏結密麻的管路、電線、泡沫膠和碎細的鋁片所組成。每日生產能力可達十噸,設計用來供給種種融合爐之用,包括一座處理矽丸的離心式冷水爐。

    聚集後的日光射線用不袗遮板擋在爐外,直到需要時才用它;褐色塗料塗在遮板上,通常不袗反射器射回由光線產生的熱,然而第一次調整拋物面鏡時,卻證明焦距有誤差,9,0006,000平方呎的鏡子的調整問題仍是研究人員的工作。理論上,為了獲得太陽被加以利用的16,000個影像,每面鏡片必須具有精確的曲度,任何疏誤將導致能量散失及焦點偏移。很幸運,工作過程中尚沒有研究人員被燒到指頭,這全靠唯一的安全裝置,一面很厚的黑色玻璃用來免除打開遮板時爐中強光引起的灼盲。

    透過CNRS的協助,法國政府正提供大約125,000美元的年度預算,作為太陽實驗中心的研究費用。此與1972年美國國家科學基金費,用在太陽能研究的4,000,000美元相比,簡直小巫見大巫,然而這卻是世界上最大的太陽能裝置。因法國政府在五年中單獨花費了將近七百五十萬美元,因此CNRS需尋求額外的合約,目前將近半數的收入是來自合約工作。實驗中心的工作分為自身研究計劃──發展度量太陽能的儀器和純熱量應用的新化學處理方法──以及額外合約工作。自二次大戰末期以來,許多國家都在從事於有關太陽能應用研究。在印度,有一座太陽爐用來給不少工廠做為國內應用,以色列、澳洲及日本均已發展了自己的太陽熱水器及中央熱器系統;日本現已能單獨供應一百萬具太陽熱水器使用。

    另外,美蘇兩國正全力發展利用太陽能產生電力的大規模計劃,在早期卻同樣受到官方的忽視。

    最近幾年,全球形勢所趨正快馬加鞭地在研究太陽能的實際應用。如果法國能早幾年研究,也許由於特朗伯教授的太陽能工作,把物理學家和化學家與工業界結合起來,組成特別研究計劃。

    由於易燃能源──石油、煤和天然氣──的污染結果,以及核能電廠的安全性,人們對於利用天然能源的興趣正逐漸增加。1971年六月,美國總統尼克森曾要求美國航空暨太空總署及國家科學基金會,加強政府在太陽能方面的研究工作。

    早在1970年,主要產油國家和其他國家關係惡化時,即令人想到﹕即使污染被控制,在石油供給枯竭和價格過高之情況下,經濟將會停頓,這兩者必有一種會發生。

    自然而然地,人們將頻頻詢問為何太陽不能接任一些工作。誠然,一名法國專家在談及石油未來時表示,他深信太陽能在未來1020年間,會成為主要動力來源。迄今,發展的主要障礙,咸認為技術性的進步須和經濟規模配合。因所有關於太陽能變為電能的計劃,都是以數百萬瓦特的數字計算的,或用足以供養一城人的數字計算的。但是加大一倍太陽能設備體積,只能得到雙倍能量,但卻要花三倍價錢。

    美國航究暨太究總署和美國國家科學基金會最近的一篇有關太陽能的報導(Solar Energy as a National Resource)指出,小規模的設備將較經濟。

    無論如何,特朗伯教授的「太陽屋」和他的太陽輻射箱,已成為法國國內太陽能應用的發展項目。(取材自1973916日亞洲雜誌)