能源是人类赖以生存的根本，也是一个国家安全的保障。
与其他国家相比，中国的能源现状是富煤、少油、缺气，尽管煤炭储量较为丰富，但也并非取之不尽。寻找新型可持续的能源，迫在眉睫。
当前，随着化石能源的过度使用，二氧化碳排放达到新高度，给生态环境造成严重危害。近年来，自然灾害整体发生的频率比以往更高，这可能与化石能源的过度使用不无关系。
国家提出将“双碳”作为重大战略目标，能源转型是必然趋势。一方面，我们要大力发展绿色可再生能源，包括太阳能、风能、生物质能等；另一方面，散落在地球上的分布式能源也不可忽视。
能源从产生、利用到回收是一个系统性过程。过去，化石能源燃烧被用于发电后，都以其他形式散落在环境中，例如热能、机械能等。这些大面积分布、碎片化的能源，可回收率很低，造成了能源不可再利用。
如何把环境中散落的“分布式能源”重新变成电力，输送至千家万户，是一个重大挑战。
20年前，随着分布式传感装置和物联网的出现，信息通信技术的发展从有线走向无线，从有序走向分布。我们由此意识到，在能源领域也将可能面临同样的趋势，即从一元变成多元，从集中走向分布。而这其中的关键问题之一，是如何使分布式传感器件能够可持续运转、回收能量、提供数据信息。基于此，我们继而开始研究微纳能源。
微纳能源即除传统可再生能源、化石能源等“大能源”之外的“小能源”。
海洋中蕴藏着巨大能量。前不久，中国科学院联合欧洲科学院发布了基于海洋的气候行动，其中提到，海洋能源是未来替代化石能源的出路之一。
海洋中包括热能、风能、潮汐能、波浪能、生物质能等能源，它们分布广、能量大，我们必须向海洋要资源。汇聚各种各样的海洋能量可极大满足人类的能源需求、降低二氧化碳排放。
然而，与欧洲国家海岸线上的“大风大浪”相比，我国海岸线上的风浪比较平静，平均浪高仅有0.3~0.8米，收集起来非常困难，且能量较低很难进行发电，这就需要颠覆性原创技术。为此，2012年，我们发明了纳米发电机（TENG），它可以将广泛分布的能量收集起来，将微小的机械能转换为电能。
与传统发电机的原理不同，纳米发电机是基于两种材料的接触起电，产生静电感应并对外输出电流，具有高电压低电流、在低频下具有高效率的特点。每台纳米发电机并不大，但把它们结成网状放置到海洋中，就可以将海水无规则的运动转变为电能，且能够稳定输出。
根据实验数据作理论测算，1平方公里的海面面积、1米深的水，用球形纳米发电机连成三维网格，理论上可以产生10兆瓦级的电能输出，可以点亮100万盏电灯。海洋蓝色能源前景广阔。
经过成本核算，海洋能源形成规模化后，其成本低于风能和太阳能，且因为海浪是昼夜不停的，大面积所发的电应该是持续、稳定的，因此可以并网。我们在海上、海下做的试验也取得了显著成效，证明了我们的想法是正确的。
纳米发电机的发明为实现能源系统的微型化带来了可能，这是突破了1831年法拉第发明的电磁感应定理后的第二个重大发明，也是在科学原理从0到1的颠覆性原创思想。
自从20年前纳米发电机首次发明以来，迄今整整10年，我们已经建立了基本理论框架、技术方法，在产业应用方面也迈出了重要步伐。纳米发电机作为一个把机械信号转为电信号的传感装置，目前在安全防护、人机交互、网络安全、空气净化、健康维护等领域有潜在应用。在拓展应用的过程中，我们不断完善技术理论，不断学习提高，为在海洋能源领域真正规模化应用奠定基础。
实现“双碳”目标是一项宏大而复杂的系统工程，在能源转型过程中仍需要很多技术创新，包括发电方式、电网运输和储能等。这十分重要但又十分艰难，需要多方配合、系统协作，相信未来一定能找出解决方案。
未来，一方面我们应该大力推动现有技术，保证化石能源作为能源安全保障的基础；另一方面应大力培育原创性、颠覆性技术，发展分布式能源，颠覆性技术有可能成为未来能源革命性转变的保证。
从0到1的原创突破是非常困难的工作。比如，你有了世界首次的原创思想，能否变为现实？能否得到行业认可和社会接纳？成本高的时候如何降成本……这需要长期稳定坚持、久久为功。
因此，这需要国家顶层设计和政府专项资金的支持，同时带动社会资本投入。新能源领域需要科学突破，但也蕴藏着巨大商机。此外，还需要人才培养和学科建设，使得该领域在发展中后继有人。
重视基础研究、原创思想和科学，只有这样，我们才不会跟着别人跑、不会在核心技术方面被“卡脖子”，才能够在科学发展史上留下印迹，也才能够产生真正的颠覆性技术。
作者：王中林（中国科学院外籍院士、中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长）
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