特约撰稿 史军
理论上，只要收集1小时的太阳能，就可以满足人类全年的能源需求
不管如何提高发动机效率，如何采取节能措施，化石燃料的不可再生性，决定了它在人类能源发展历程中终究是个华丽的配角。这个配角在舞台上的表演也日渐力不从心了，全球每年需要消耗的能源为13太瓦(1太瓦=1万亿瓦)，这个数字还在不断上升。
面对如此严峻的能源形势，科学家和普通公众不约而同地将目光投向头顶上的大火球，那可是功率达12万太瓦的能量源。理论上，只要收集1小时的太阳能，就可以满足人类全年的能源需求。
虽然太阳能早已成为一个我们耳熟能详的概念，但总感觉“只听楼梯响，不见人下来”，看看路灯顶上，以及概念建筑上的太阳能电池板，总觉得这种能源离我们似乎还很远。
太阳能电池的瓶颈
过去的几十年里，太阳能电池的效率有了长足的发展，但居高不下的制造成本仍大大限制了其使用范围。也有科学家提出“以量取胜”的方案：将不宜居住和耕作的沙漠都铺上太阳能电池板，理论上，只要一半面积的沙漠(65万平方公里)就可以满足人类每年的能源需求。
且不论这个方案中的电池板由谁买单，单单是电力传输和电池日常维护都不是能轻易解决的问题，毕竟，沙漠戈壁可不像我们家的屋顶和后花园。
目前，太阳能电池的理论使用寿命是20年，注意，这只是理论寿命！实际运营中，还要考虑到电池面的清洁，以及恶劣天气带来的意外损伤等情况。并且，制造成本着实不便宜，以目前常用的硅太阳能电池为例，在全使用期的发电售价是同期传统电价的2倍。
新开发的高效率太阳能电池面板的制造费就更为昂贵了，特别是那种转化效率达41%的复合型光合电池，一块10厘米见方的电池造价高达数千美元，而电压只有0.5伏，要想得到足以供家庭使用的太阳能电池板，需要将成千上万片这样的小单元拼合起来。连发明这种电池的德国夫琅禾费太阳能研究所所长艾克韦伯都认为：“这样高的价格，真要买来安装，谁都会犹豫的。”当然，随着加工技术的发展，诸如颜料敏化型电池、有机薄膜电池等新电池的产生，其生产成本有望降低。
不过，即使解决了能量转化效率的问题，怎样储存能量也是个难题。电池是最常用的电能蓄积装置，而目前用途最广的蓄电池还是铅蓄电池。这类电池有着很强的“记忆效应”，反复充电和放电后，有效容量就会大大降低。当然，以锂离子电池为代表的新一代蓄电池就没有“记忆效应”的限制，不会自行放电，寿命也较长(一般为10年)。不过，缺点也是显而易见的，那就是造价过高。目前为止，还没有供住宅使用的大容量锂电池。况且，电池都是以直流电形式供电，而要驱动家用电器就必须转为交流电，转化中约有10%的能量白白损失了。
想大规模推广太阳能技术，光能转化效率和能量的有效储存是两个绕不开的大难题。
人造树叶的难题
最终，我们还是要学习自然界捕捉太阳光的的技术。从第一个绿色生命诞生算起，这套太阳光捕捉系统已经运转了27亿年，在这个过程中不断完善，成为一个极其精巧的能量系统。它们已经做到了把光转化成电，再转化为固定状态化学能，一气呵成。
真实的光合作用过于精细，涉及到辅助因子不下10种，单单是各种蛋白质和辅酶的活动就需要苛刻的pH值和温度，这还是相对好实现的条件。如果在人工条件下，把这条生产线“修建”在一个叶绿体膜之外的地方，还要保证其正常工作，对人们目前的技术水平来说，几乎是一件不可能的任务。
专注于太阳能开发的美国加州理工学院的刘易斯教授指出，“我们希望设计出与绿叶光合作用尽可能相似的过程。”言下之意，就是要实现收集太阳光的功能，但是结构又要尽量简化。
[1] [2] 下一页
