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英科學家研發「鑽石電池」:將萬年核廢料,化為恆久遠的乾淨能源

2017.01.09
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新聞整理/黃思敏

英國布里斯托大學(University of Bristol)日前發表最新研究:未來將使用核廢料製出「鑽石電池」,有望將英國多達95000噸的核廢料轉變為乾淨能源。

根據節能減碳故事賞,核電廠所使用的燃料棒內含發電需要的鈾燃料,鈾燃料藉由衰變過程產生大量放射性物質,並源源不絕釋放能量和熱量,是發電的首要功臣,但使用完畢,便成為人類難以脫手的核廢料。

而這些燃料棒通常被置於石墨緩衝劑當中。根據POPULAR MECHANICS的報導,石墨緩衝劑年復一年不斷吸收核輻射,也將產生高放射性的「碳-14(Carbon-14)」。

過去人們將核廢料隔離在人類生活圈之外、深埋於地底下,至少需等上20萬年,核廢料的輻射強度才會降至自然值。

未來,面對日益累積的核廢料,人們不再只能將其掩埋。英國布里斯托大學的研究人員發現,加熱石墨緩衝劑,能將其中具有放射性的碳-14分離出來,轉變為氣體,進而加壓製成「鑽石電池」。

鑽石是碳元素在地底高壓下形成,亦可以由人工的方式合成。根據明日科學的報導,科學家發現,當這些人造鑽石靠近輻射場時,會產生少量的電流。研究員將這些鑽石電池封閉在另一顆非放射性鑽石內,防止輻射外洩,並加強鑽石內的輻射,令電池達到幾乎100%的效率。(同場加映:逆轉燃燒過程就能得到乾淨能源!美國科學家意外發現二氧化碳轉乙醇的途徑

布里斯托大學化學系的教授Neil Fox解釋:「沒有任何短程輻射可以從鑽石中逃出來。事實上,鑽石是地球上人類已知最堅硬的物質,沒有任何東西能夠提供更好的保護了。」

根據Forbes報導,雖然鑽石電池的電流量不足以支撐一般的智慧型手機,但長遠看來,其將為目前的電池科技帶來顛覆性的革新。

雖然目前還未確定一顆鑽石電池中將有多少量的碳-14,但1公克的碳-14,每天能產生15焦耳的電能,看似少於一般拋棄式的3號電池(每公克存有700焦耳的電能),但鑽石電池能夠24小時不斷運作,並且要5730年才會耗掉其50%的能源,幾乎和人類文明存在的時間一樣長。

根據布里斯托大學的報導,一般的發電方法,如:燃煤、風力等都是藉由外力使線圈在磁場中轉動,並產生電流;然而,一顆鑽石僅需處在輻射場域便能產生電流。(同場加映:向插座說掰掰:這款口袋型電池使用再生燃料, 一次供給3C產品好幾個禮拜的電!

布里斯托大學卡波特研究院(Cabot Institute)的教授Tom Scott指出:「鑽石電池不需要仰賴任何外力、不會造成任何污染排放,也不需要維護就能產電。我們把放射性的物質放在鑽石裡頭,解決了長期以來核廢料的問題,又能提供乾淨能源。」

根據POPULAR MECHANICS的報導,鑽石電池可應用於難以換電,需要長壽電池的設備中,包括:心臟起搏器、人造衛星、無人機或太空船等。 

鑽石電池為人造衛星供電的示意圖。

根據Forbes報導,世界上有上百萬噸的石墨緩衝劑,把它們製成鑽石的成本遠低於把他們當作廢料般丟棄。

布里斯托大學的研究團隊相信鑽石電池仍有許多潛在用途,因此他們也邀請民眾一同集思廣益,並在社群媒體上使用主題標籤「#diamondbattery」分享自己對於鑽石電池的想法。隨後,團隊篩選出10個應用鑽石電池最棒的點子,包含:奈米注射劑、動物追蹤器、火災緊報器、飛機黑盒子、深海儀器等。

將放射性廢料封裝成鑽石電池無疑是個美好願景,根據明日科學的報導,這個發現引來科學界熱烈的討論,但目前仍有多個問題有待解答,例如每一個電池能產生多少電力,消耗多少核廢料等等,皆有望於論文正式發表時一一解答。 

核稿編輯:黃培陞、林冠吟

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