去年秋天我来到加州理工学院，拜访内特·刘易斯(Nate Lewis)教授的实验室。那天阳光耀眼，南加州的气温比正常情况高了20华氏度(6.7摄氏度)，国家气象局还发布了针对极端火情和高温疾病的警告。
这样的天气正好为我此行到内特实验室的参观内容提供了一个背景介绍：我们如何能够利用太阳的巨大能量来制造燃料，从而为汽车、卡车、轮船和飞机提供动力?
“我们理解：这种燃料就是通过某种材料把太阳能转化为液体燃料，像汽油一样供人类利用。”
我走进这间堆积着计算机屏幕、化学物质药瓶、烧杯和其他设备的实验室，内特递给我一副护目镜，介绍了一些参观注意事项。他说：“尽管这里堆了很多复杂的东西，但我们所做的一切归根结底非常简单。”
内特团队的研究工作基于这样一个简单的理念：太阳是我们所拥有的最可靠、最充沛的可再生能源。太阳一小时内辐射到地球的能量，比我们人类整整一年消耗的能量还要多。如果我们能找到一种经济高效的方法，通过这种方法利用到哪怕只是一部分的太阳能，这都将极大地帮助我们为未来寻找到清洁、便宜和可靠的能源。
我们都不会对太阳能板感到陌生，它可以将太阳能转化为电能。随着其价格的下降，太阳能板正越来越多地成为全球清洁能源的来源，这实在令人鼓舞。当然，利用太阳能发电存在一个很大的挑战，那就是不够可靠。太阳每天都会落山，阴天时我们又看不见太阳，这也就是为什么我们需要找到储存太阳能的方法，从而能在任何有需要的时候进行供给。
电池是解决方案之一，要是能做出太阳能燃料就更棒了。燃料的能量密度比电池更高，因此储存和运输也更容易，例如1吨汽油储存的能量相当于60吨电池储存的能量。这也是为什么在电池技术实现重大突破之前，我们实在很难想象乘坐插电式电动飞机从西雅图飞到东京。
我之前写过一篇文章，关于我们需要实现一种能源奇迹，既为了阻止气候变化，又要为数百万用不上电的贫困家庭提供电力。太阳能燃料就是我所说的奇迹之一，它可以解决没有阳光照射时的能源储存问题，还能为现有的交通基础设施提供更易用的能源。我们可以继续驾驶现有的汽车，但它们不会再使用从地下开采的化石燃料，而是使用太阳能燃料。由于使用这种燃料不会为环境贡献额外的温室气体，因此不会破坏地球二氧化碳的平衡。
这样的未来令人向往不已，但实现它需要艰辛的付出，因为没人知道是否真有将阳光变成燃料的切实可行的办法。多亏有了美国能源部的研究经费，内特和其他的美国研究人员才得以探索这一想法的可行性。
我们生活在一个新发明、新发现层出不穷的时代，以至于人们很容易认为，我在加州理工学院看到的前沿研究是理所当然的。然而，大多数改善我们生活的技术突破——从新的疾病治疗手段到清洁能源创新——其实在研究早期便得到了政府的资助，这包括内特的研究项目。科学研究一旦取得成功，它将带来技术创新，催生新的产业，创造新的工作岗位，刺激经济增长。无论怎么强调政府支持在这一过程中的重要性都不足为过。如果没有政府的相关投入，人类不会取得今天这样长足的进步。
尽管内特和他的团队目前仍处于这项研究的最初阶段，但他们有理由对前景保持乐观，毕竟把阳光转化成化学能是植物每天都在干的事儿。通过光合作用，植物利用阳光、水和二氧化碳，把太阳能储存在化合物里。在内特的实验室里，他率领的团队利用的也是同样的原料，不同之处在于，他们得搞清楚怎样才能做得更好，在大自然擅长的领域巧夺天工。
内特说：“我们想在自然方法的启发下创造一种太阳能燃料，和人类受到鸟类飞行的启发而发明飞机一样。但你不会用羽毛来造飞机，我们也不打算利用叶绿素和生物系统做一个人造光合作用系统，因为我们能做得更好。”
内特的一名学生向我展示了如何用光把水分解成氧气和氢气，这是制造太阳能燃料关键性的第一步。下一步是把氢气和二氧化碳结合在一起制造燃料。然而利用现有技术、用阳光制备燃料的成本太高了。为了把成本降下来，需要做更多的研究来搞清楚各种材料和系统，创造出太阳能燃料的可靠来源。
内特团队正在研究的一个方法，是一种由塑料“细胞”组成的人造草皮，这种草皮可以很容易被铺开来吸收阳光、制造燃料。每个塑料“细胞”内都包含了水分、阳光吸收剂和一种催化剂。催化剂的作用是加速化学反应，因此每个“细胞”都能更高效地制造氢气或者碳基燃料。但不幸的是，最好的催化剂需要用到一些最贵、最罕见的元素，比如铂金。内特研究的一个主要方面就是要找到其他的催化剂，它不仅要更高效耐用，还得更经济。
内特对清洁能源的兴趣始于20世纪70年代的石油危机，当时他和父亲为了给车加油要排好几个小时的队。他说他那时就想要投身能源研究。如今，他正在训练新一代的科学家们来帮助解决世界面临的能源挑战。看着在内特实验室里工作的这些年轻人让人倍感鼓舞，他们创新的速度比以前任何时候都要快。“我们现在一天能做的实验在以前可能需要一整年，或者相当于完成一整篇博士论文所需的工作。”内特说。
尽管如此，我相信我们还需要做更多的努力，我们需要成千上万名科学家来探索所有可能，引领人类走向拥抱清洁能源的未来。这也是为什么最近我和许多投资人发起了突破能源基金(Breakthrough Energy Ventures)，这支基金计划投入超过10亿美元，资助有可能给世界带来廉价且可靠的清洁能源的科学发现。
虽然我们还不能在下周或明年就给汽车加满太阳能燃料，但是内特的团队已经做出了有价值的贡献，帮助我们理解如何才能有机会实现这一大胆的目标。随着政府和私营部门支持力度的不断加大，我们将确保他们的研究能够全速向前推进。
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