尾气中的电力

　　在车辆和建筑物中，直接利用废热发电的可行性变得越来越大。

　　位于德国慕尼黑的宝马公司是世界知名的汽车制造商，在该公司一个研究小组组长莱纳·里克特博士所驾驶的试验汽车上，排气管有点与众不同。这辆车安装了一个特殊装置，用于获取正常情况下通过排气装置流失的部分热量，并将其转化成电能。

　　汽车发动机浪费大量的热能，据估计，汽油中所含的势能，60％都会由发动机以热能的形式排放或辐射掉。虽然这其中的一部分可以被吹回汽车里，用于在寒冷的天气里供驾乘人员取暖，但是大部分热能都流失了。这也是宝马公司在试验汽车的排气系统上安装热电发电机的原因。

　　发电机利用塞贝克效应将热能转化为电能，塞贝克效应是以物理学家托马斯·约翰·塞贝克的名字命名的，他在1821年发现在两块邻接的金属上加上温差时，产生了小的电压。这导致了热电偶的产生，热电偶是现在广泛用于测量温差的装置。但是，这种效应也可以应用于发电机，这种想法可以追溯到20世纪50年代，当时将热偶发电机放在煤油灯上，用于为远距离无电地区的无线电装置供电。最近，从钚放射性衰变获得热能的热偶发电机已经用于太空船上，例如“旅行者”空间探测器。钚动力热偶发电机也已经用于为偏远地区的灯塔和无线电导航台供电。

　　虽然热偶发电机的原理相当简单，并且几乎不需要维护，但是其生产能力并不是很高。里克特博士说，在汽车发动机温度下，热偶发电机只能将6％-8％的热能转化为电能，不过他深信新材料将会使热电发电机的效率大大提高。为了做好准备，他已经开始研发可以内置在排气装置内部但是不会影响发动机性能的系统。

　　在试验汽车的这个系统中有一个箱子，热的气体在箱子里被分割，流过一系列的管子，这一系列管子的内部涂上了一种热电半导体——碲化铅。在管子的外面，用一些由发动机促成循环的冷却剂进行冷却。里克特博士说，当汽车以大约130公里每小时（80英里每小时）的速度行驶时，这个系统的工作情况最好。在这一速度下，仪表板上的仪表显示该发电机产生150瓦的电力，这足以点亮几个家用灯泡，但是远低于一辆现代汽车所需要的600-700瓦的电力。

　　但是，使用能产生更多电能的更好的热电材料，有可能在某个时间停用汽车的交流发电机（这一装置由发动机驱动，产生电能）。里克特博士认为使用这种方法进行热电发电可以减少大约5％的燃料消耗，他希望在2013年之前能将此技术应用于生产线的汽车中。

　　可以实现这项新技术的新材料已经出现在研究工作实验室中，例如俄亥俄州立大学的约瑟夫·赫里曼斯博士和他的同事最近完成了一项研究，他们通过在碲化铅中掺入铊，使碲化铅的能量转化翻了一番。这种新材料在典型的汽车发动机温度范围内特别有效。

　　不只是汽车才可以从这项技术中受益，赫里曼斯博士认为，热电发电机将会应用于任何有热损失的地方，例如住家、办公室或者工厂的烟囱中。热电发电机也可以用于发展中国家，通过炉子或明火发电。

　　节能的智能电器

　　可以在峰值需求时自动断电的智能电器，意味着将减少电压降低的次数。

　　如果连接到普通电网的数百万台电冰箱、电热水器和空调可以根据电网的状况调整其能量消耗，那么将可以减少备用燃煤发电容量及间歇电源。这将节省成本并且减少二氧化碳的排放量。更合理的电冰箱设计甚至可以减少停电和电压降低的次数。但是，问题是我们将如何组织这种协作？有研究人员已经在考虑这个问题，他们的答案目前正在试验中。

　　最先进的计划是美国能源部的太平洋西北国家实验室（PNNL）的计划。去年，该计划完成了其“有利于电网的电器”控制器的首次住宅试用，这种控制器是一个小装置，用于听取电网所供应电能的交流频率蜂鸣声。如果蜂鸣声变得有点低，则表明电网上有太多的需求，因此无论何时，当控制器注意到美国标准60赫兹电网频率下降到59.95赫兹时（通常每天至少发生一次），它就切断电器中的加热元件，调整两分钟。如果在这一时间结束时，电网仍然不稳定，则元件保持断电再达两分钟，如此直到最多过去十分钟为止。

　　PNNL与家用电器制造商惠而浦公司合作进行了试用。PNNL在美国俄勒冈州和华盛顿州征召了150户居民，在这些带有新控制器的住宅中安装了150台干衣机和50台热水器。在干衣机中，当加热元件为降低需求而断电时，电动机保持通电，因此滚筒仍然转动，而衣服没有起皱——这是惠而浦公司的一项重要标准。只是将加热元件断电，而让电动机运转，仍然将需求降低到了有益的程度。试用持续了一年，在试用结束时，大多数居民都说没有注意到他们的电器断电了，并且说一点也没有给他们的生活带来不便。

　　此次试用已经表明PNNL的技术可以在需求峰值时用作电网的“缓冲器”，PNNL计划在2009年进行更大规模的研究，涉及超过1000户居民。惠而浦公司也想更广泛地试用这种技术，并实验一下安全中断的其他功能，例如某些电冰箱中的自动除霜功能。

　　鉴于PNNL主要关心的是在巨大需求时的甩负荷，一家名为RLtec的英国公司在探索一种新想法，即对整个电冰箱群体进行编程，进行连续纠正，以达到更小的电网波动，不断调整其电力需求，这更像汽车的速度控制器。这样也会提高效率，并且降低备用容量的需求。

　　RLtec公司进行了四个月的实验室试验，试验中，100台家用双门冰箱配备了该公司的“动态需求”技术。这是一款软件，在电冰箱的电子温度控制回路内工作，对压缩机组吸入的电量进行精细地逐秒调整，再响应电网频率的细微变化。迄今为止，根据该公司的老板安德鲁·豪所说，此技术对电冰箱内的温度或者对其压缩机的使用寿命没有不利影响。RItec公司现在正在建立一个试验小组，该小组中包括了来自英国国家电网的工作人员，以便对系统进行更严格的测试。在一项单独的、政府发起的研究中，帝国理工学院计划在一些住宅中安装配备了“动态需求”控制器的电冰箱，用于产生数据，以便准确地计算该系统能够节省多少电能。

　　不过，电网响应电器的首次重大使用可能会在最小规模的电网上进行。英国公司Econnect正在帮助防止严重依赖水电、风电和太阳能的岛屿上出现停电情况，做法是在居民住宅中装上智能电源插头，当电源插头检测到电网开始变得过载时，切断所连接的电器。根据在苏格兰的富拉岛和拉姆岛，以及希腊的基斯诺斯岛上的成功试验，Econnect公司也在考虑其负载控制器怎样能使风电在更大规模上更加有效地得到利用。

　　封杀毒气的纳米

　　一种新型的纳米装置，能够检测出低浓度的化学试剂，有助于挫败恐怖分子的毒气袭击。

　　恐怖活动最常与炸弹和子弹联系在一起，但是，自从1995年东京地铁事件以来，安全服务机构已经开始关注毒气袭击。那次袭击使用的是一种名为沙林的神经性毒气，当时造成12人死亡，另有50人受到严重伤害。沙林是令人恐怖的，因为它看不见、闻不到，毒性比氰化物高500倍，而且可以用其他毒气来代替这种毒气。

　　需要有一种廉价的方法，可以探测出这类毒气，发出警报，确定涉及到哪种毒气，以便吸入毒气的任何人都能够得到及时的治疗。这就是迈克尔·斯特拉诺博士所领导的麻省理工学院的一个化学工程师小组正在致力研究的方向，他们的新传感器不仅能够区分化学试剂，而且能够在前所未有的低浓度下检测出毒气的存在，浓度甚至可以低到只有一万亿分之二十五。

　　斯特拉诺博士最近在《应用化学》杂志上描述了自己这个发明的核心，这个核心是一排处理过的碳纳米管。实质上，每根碳纳米管都是一层碳原子，在这层碳原子上涂上一种叫做胺的含氮分子，然后将胺涂层朝外，把碳原子层卷成圆筒。将宽度约为我们头发丝直径五万分之一的每一根碳纳米管排列好，使得它们能在极小的电极对之间运行。当我们打开装置的开关后，这些碳纳米管就带有极其微小的电流。

　　待分析毒气穿过一个微小的圆柱后接触到纳米管，当气体穿过这个圆柱时，它们会附着在圆柱侧壁上。有些毒气附着得比较厉害，因此它们在圆柱中穿行的速度比其他毒气慢得多。这样一来，毒气样品的不同成分就被区分开来。每一种成分都疏松地分布在纳米管上，粘住碳原子，而这又导致了纳米管电导率随每一种毒气量的特性而变化。

　　这里是胺发挥了作用。胺上的氮原子有一种电子对，化学家们称为孤对电子，正是这些孤对电子使胺分子可以附着到纳米管上。这些孤对电子的相互作用，改变了碳的化学特性。通常情况下，一个毒气分子附着在碳纳米管上后，就会停留在那里。如果检测装置发生这种情况的话，那么这个检测装置的使用寿命就会很短。但是，这种涂了胺层的碳就不是那么黏了，所以毒气分子很快就会离开，留下干干净净的纳米管，来检测下一批飘忽不定的毒气。

　　因为这种检测装置很小，只需要很小的动力来驱动，所以该研究小组希望它能被广泛应用在封闭环境中，在封闭的环境中毒气攻击是最有效的。他们认为这种发明甚至可以放在警察的口袋里。

　　搜索远古

　　考古学家现在使用谷歌地图提供的免费卫星图像进行发现工作，制订探索计划。

　　一小群考古学家，不亲自动手，而是使用谷歌地图，进行发现工作。虽然考古学家使用卫星地图已经有几十年了，但是该项技术仍然是大多数研究人员力所不及的，因为需要高昂的成本和专业的技能来矫正原卫星图像上因捕获角度所带来的失真。但是，谷歌地图是一款免费的程序，可以从这一互联网巨人的网站上进行下载，谷歌地图让具有宽带连接的任何人都能够得到地球大部分表面的高质量卫星图像。考古学家现在采用了这一技术。

　　大卫·托马斯是澳大利亚墨尔本市拉筹伯大学的一名研究生，他是某考古小组的成员，该小组去年启动了一项名为“谷歌地图中的阿富汗考古遗址”（ASAGE）的计划，此计划是在原贾穆宣礼塔附近的调查计划，是因为该地区不断的冲突而被放弃之后启动的。托马斯和他的同事决定使用电脑鼠标进行考察工作，而不是使用铁锹和泥铲。

　　托马斯说：“实际上，西方的野外考古学家不可能到那一地区去工作，未来20年也不可能。”但是他表示，研究（有图像的）谷歌地图上的图像“有可能大大地丰富我们对阿富汗考古遗迹的知识，特别是太大、太危险或太遥远而难以从地面进行调查的地区。”

　　ASAGE计划涉及了使用高分辨率的卫星图像，对雷吉斯坦沙漠中463个以前未知遗址的详情进行分类，包括称为人工土丘的土墩（古代定居点的遗迹）、人工挖掘的水槽以及弃用的水坝和水库。

　　关于这一地区的古代历史，人们知道得不多，但是在河谷附近已经有人居住了几百年甚至是几千年。迦色尼在10世纪晚期到12世纪统治着一个很大的中亚帝国，他修建了复杂的灌溉系统，并且在他们的冬季首都巴斯特建造了宫殿、清真寺和有围墙的花园，在赫尔曼德河东岸修建了拉什卡里巴扎尔周围的定居点。

　　托马斯的小组展示了他们7月份在都柏林世界考古学大会上的成果，他们生成了一些遗址的平面图，例如中世纪的卡拉伊霍兹伊斯兰堡垒，他们相信这是迦色尼的要员所使用的冬季住所。卫星图像显示了有建筑物的迹象，这些建筑物可能是用于捕猎瞪羚时的藏身处，还有可能是用于管理供水凸起的特征物。巴斯特的现有平面图是由法国考古学家于20世纪70年代生成的，但是ASAGE研究人员已经绘制了一份更详细的平面图，图上显示了住处、运河和有围墙花园的位置。他们希望将所发现的结果提供给阿富汗的考古学家，以使阿富汗的考古学家保护其中的一些遗址。

　　虽然谷歌地图可以帮助考古者进行远程发现，但是其他考古学家只是将其用于考古工作的规划阶段，用于确定需要在地面上做进一步调查的地点。加州大学伯克利分校的尼科·特利普萨维奇博士使用这一软件进行了黑曜岩的采石和贸易研究，黑曜岩是一种火山岩，早在一万年以前，西班牙人以前的人就用这种岩石制造工具、武器和装饰物。特利普萨维奇博士使用谷歌地图发现了可能是用于骆驼商队运输岩石的道路，从秘鲁南方海拔4600米高度的科尔卡峡谷的采石场向远处延伸。诸如印加人的围墙和道路等线性特征易于辨认，因为它们与天然特征截然相反。

　　绘制这些路线图，已经帮助考古学家推想了生产和贸易的模式，因而推想了欧洲人到达之前数千年中该地区的经济、社会和政治关系。特利普萨维奇博士说：“在高海拔工作会使人筋疲力尽，所以在你开始行动之前，要想好到哪里去。谷歌地图可以帮助你列出一个调查地点的简短清单。”

　　詹森·乌尔博士是哈佛大学的人类学家，他正使用该软件进行布拉克丘调查的辅助工作，布拉克丘是叙利亚东北部的一个遗址，该遗址是美索不达米亚北部最大的城市遗址之一，有人相信早在公元前六千年这里就有人定居。乌尔博士正使用谷歌地图确定从布拉克丘延伸出去的道路和其他线性特征，作为他对美索不达米亚城形成机理研究的一部分。

　　但是，乌尔博士和其他一些人也意识到谷歌地图的考古潜能存在消极的一面：掠夺者也可以使用该软件发现可能的目标。乌尔博士说：“我们不能假定寻找考古遗址的所有用户都在做那种对古迹有积极意义的事情。”因此考古学家应该谨慎地公开宣布精确的坐标，乌尔博士表示：“如果是未挖掘的遗址，那么考古学家的任务可能是，在不公布可能会被掠夺者滥用的路线图的情况下，向公众公布关于古代定居点范围的一般想法。”