家用分布式發(fā)電系統(tǒng)

將熱能轉(zhuǎn)化成電能不是一個(gè)新的概念，事實(shí)上，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟應(yīng)用了數(shù)十年。

比如需要在太空當(dāng)中長時(shí)間工作的衛(wèi)星，過去有些搭載熱離子空間核電源，原理是將核反應(yīng)堆裂變產(chǎn)生的熱能通過熱離子能量轉(zhuǎn)換器，直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑥纳蟼€(gè)世紀(jì)美蘇太空競賽開始，人類對這一技術(shù)已有長期的研究，如今熱離子空間核電源尺寸小、重量輕、壽命長，是不少航天器中的理想電源。

顯而易見，帶著核反應(yīng)堆的電源不可能出現(xiàn)在家用場景當(dāng)中。潘世昂所在團(tuán)隊(duì)想要做的，就是革新這項(xiàng)舊有技術(shù)，將太空中使用的能量轉(zhuǎn)換器帶入家庭，利用家中煤氣爐、熱水器工作時(shí)產(chǎn)生的熱能，轉(zhuǎn)化成電能。該電能可以直接在家里使用或儲(chǔ)存起來。

其工作原理也易于理解，熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的核心部件之一就是熱離子能量轉(zhuǎn)換器，主要由承擔(dān)放出電子的高溫電極 (發(fā)射極) 和與之面對面放置的低溫電極 (接收極) 構(gòu)成 。兩片金屬電極之間是真空狀態(tài)，任何來自外界的熱量聚集，會(huì)激發(fā)其中一塊金屬板上的電子越過縫隙，到達(dá)另一塊溫度更低的金屬板，從而產(chǎn)生電流。

這個(gè)熱離子能量轉(zhuǎn)換器也正是潘世昂團(tuán)隊(duì)開發(fā)工作的關(guān)鍵。關(guān)鍵目標(biāo)在于：1、提升能量轉(zhuǎn)化效率；2、降低能量轉(zhuǎn)化時(shí)所需要的溫度，畢竟在家庭場景中，通常火焰溫度就已經(jīng)是最高的，而這遠(yuǎn)低于過去離子空間核電源的熱能。

圖｜內(nèi)置在熱水器內(nèi)的轉(zhuǎn)換器能將多余熱能轉(zhuǎn)化成電能

潘世昂向 DeepTech 解釋，要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化效率的提升，首先要解決兩個(gè)問題。

一是提高電子離開發(fā)射極的效率，二是提高電子進(jìn)入接收極的效率。這兩個(gè)效率與電極表面材料息息相關(guān)。他表示，Modern Electron 在材料上實(shí)現(xiàn)了突破，效率有重大提升。

事實(shí)上，電子在真空中移動(dòng)并沒有那么容易。科學(xué)家希望電子能乖乖地從一個(gè)電極出來，徑直地飛向另一邊，最終完成能量轉(zhuǎn)換。但實(shí)際上，大量電子一起出現(xiàn)在同一個(gè)真空環(huán)境中，它們會(huì)因帶有負(fù)電荷而互相排斥，控制其走向是一個(gè)相當(dāng)棘手的難題。

大約 20-30 年前，該領(lǐng)域的科學(xué)家曾對熱離子能量轉(zhuǎn)換器發(fā)起過集中攻關(guān)，由于當(dāng)時(shí)無法掌握電子在其中的運(yùn)動(dòng)，只能一次又一次改變設(shè)計(jì)，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用超長的時(shí)間代價(jià)找到效率更高的設(shè)計(jì)方案。

現(xiàn)在，Modern Electron 開發(fā)了專門的軟件，借助并行計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)，短時(shí)間內(nèi)在軟件上對電子的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了超過 50 萬次模擬。

至于技術(shù)細(xì)節(jié)問題，潘世昂表示，為保護(hù)商業(yè)機(jī)密，暫時(shí)不便過多透露。不過，Modern Electron 開發(fā)的轉(zhuǎn)換器，在效率上已經(jīng)達(dá)到了過往的 2-3 倍。

效率提升，正是 Modern Electron 轉(zhuǎn)換器的技術(shù)核心，但要讓轉(zhuǎn)換器真正走入消費(fèi)者家中，降低使用溫度也至關(guān)重要。

在衛(wèi)星上使用的離子空間核電源，工作溫度可達(dá) > 1500 攝氏溫度，而潘世昂表示，Modern Electron 已經(jīng)將轉(zhuǎn)換器的使用溫度大幅降低，像燃?xì)庠钸@樣的自然火焰也能讓轉(zhuǎn)換器工作，完成能量轉(zhuǎn)化。

而且，Modern Electron 首次使用普通材料制成了熱離子能量轉(zhuǎn)換器，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換器價(jià)格的平民化。

目前，公司已經(jīng)造出了產(chǎn)品的原型機(jī)。團(tuán)隊(duì)的工作重心也已經(jīng)不僅專注于技術(shù)研究，而且還致力于產(chǎn)品開發(fā)階段。

“與太陽能互補(bǔ)”

我們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中所用到的所有電力里，有 80% 都是由熱能轉(zhuǎn)化而來，每年產(chǎn)值超過 1 兆美元。

回想起最早將能源作為自己和團(tuán)隊(duì)的研究方向，潘世昂表示，“100 年來，熱能轉(zhuǎn)化成電能的方式都是用汽輪機(jī)，至今未變。這就有一個(gè)問題，在如此重要的領(lǐng)域，我們?nèi)栽谘赜靡恍┖芄爬系募夹g(shù)。所以我就想，如果能在能源轉(zhuǎn)化上取得一個(gè)突破，在某些情況下比汽輪機(jī)更好，那就是對人類有巨大貢獻(xiàn)。”

先錨定問題，再尋找解決問題的技術(shù)路線。對個(gè)人來說，這并不是一個(gè)常見的選擇，畢業(yè)于哈佛大學(xué)物理系的潘世昂，沒有在自身專業(yè)背景的基礎(chǔ)上繼續(xù)走下去，進(jìn)而尋求技術(shù)商業(yè)化。

大約 2011 年，潘世昂還在哈佛讀博士期間，就開始對能源問題產(chǎn)生了興趣。原因很簡單，他希望能在能源領(lǐng)域取得一個(gè)較大的突破，未來的目標(biāo)是讓全球所有人都有可靠且便宜的能源，而各種能源當(dāng)中，最重要的就是電力。

他找到同樣對這一問題感興趣的合作伙伴，一起從問題出發(fā)，尋求合適的技術(shù)路線。

在早期階段，這只是潘世昂學(xué)業(yè)之余的事情。2014 年，他從哈佛大學(xué)畢業(yè)，開始全身心投入其中，2015 年，Modern Electron 成立，原因也正是他們看到了成功的希望。

公司成長至今將近 5 年的時(shí)間，團(tuán)隊(duì)規(guī)模還維持在 25 人左右，累計(jì)獲得了約 3000 萬美元融資。

他表示，公司在前四年時(shí)間里，工作重心就是技術(shù)開發(fā)，而如今已經(jīng)到了產(chǎn)品開發(fā)的階段。他對 DeepTech 說，“so far,so good”。

下一階段，Modern Electron 要做的事情就是把轉(zhuǎn)換器真正嵌入不同的家用產(chǎn)品當(dāng)中，比如煤氣爐、熱水器等有產(chǎn)熱能力的產(chǎn)品中。就像 “熱能收割機(jī)” 一樣，用戶在使用這些產(chǎn)品時(shí)，轉(zhuǎn)換器就位于高溫區(qū)域，汲取未能充分利用的能量，默默地將其轉(zhuǎn)化成電能。

在最終產(chǎn)品上，潘世昂說現(xiàn)在我們想擴(kuò)展到亞洲市場，希望能與更多類似煤氣爐、熱水器之類的公司合作，轉(zhuǎn)換器能像產(chǎn)品的附加套件一樣，在盡量減少改變原有產(chǎn)品的情況下，安裝在其中。

如此一來，通過轉(zhuǎn)換器獲得的電能或許不能說是完全免費(fèi)，但也必然是非常低成本的。這對用戶來說即可降低家庭的整體用電成本。

以歐洲家庭為例，日常用能平均有 80% 是熱能， 剩下 20% 是使用電能。在這種相對更加依賴熱能的家庭里，通過轉(zhuǎn)換器獲得的電能足以滿足一半以上的家庭電能消耗。

不過，不同地區(qū)的能源消耗習(xí)慣會(huì)帶來不同的效果，比如新加坡大概不會(huì)是 Modern Electron 的目標(biāo)市場，那里地處熱帶，在熱能的依賴上顯然低于其他地區(qū)，轉(zhuǎn)換器所帶來的收益也會(huì)相應(yīng)降低。

在產(chǎn)品的最后價(jià)格上，潘世昂表示，用戶在轉(zhuǎn)換器上的投入可以在幾年時(shí)間里通過節(jié)省用電“回本”，用的越久就越省錢。

這個(gè)邏輯與目前廣泛使用的家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)有相像之處：一次性前期投入，后期持續(xù)為用戶省錢。

Modern Electron 看到其轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品可以和已有的太陽能發(fā)電系統(tǒng)形成完美互補(bǔ)的潛力。在一般時(shí)候，用戶在家中可以依靠房頂?shù)奶柲馨逄?a target="_blank">供電力；而在夜間、陰天或冬季，Modern Electron 的發(fā)電系統(tǒng)可以作為很好的補(bǔ)充。

潘世昂認(rèn)為，如果其公司的產(chǎn)品被廣泛采用，將可以減少人們對煤炭、天然氣發(fā)電廠的依賴。而且，這些發(fā)電廠在燃燒和電力傳輸?shù)倪^程當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)大量能量損耗，因此，這項(xiàng)技術(shù)可以反過來減少電力行業(yè)的溫室氣體排放。此外，Modern Electron 的熱電聯(lián)產(chǎn)可以隨時(shí)提供電力，因此可以補(bǔ)充間歇性的可再生太陽能和風(fēng)能。

永遠(yuǎn)在尋找和解決問題

成立公司，作為創(chuàng)始人帶著團(tuán)隊(duì)前進(jìn)，這對潘世昂是一件完全陌生的事情。好在，他從不排斥未知，甚至是有意追求陌生的挑戰(zhàn)。

他喜歡解開每一個(gè)他感興趣的問題。在這個(gè)意義上，能源是一個(gè)問題，運(yùn)營公司也是一個(gè)問題，這些問題對他來說都像是興奮感的來源。

他說，人生就是要不斷學(xué)習(xí)。這聽起來像是一句心靈雞湯。但在輕松講出這句話之前，他確實(shí)是這樣做的，總是對新的問題產(chǎn)生研究興趣，然后學(xué)習(xí)、解決，之后，他又會(huì)投入到新的問題當(dāng)中。

甚至在他一路泡在科研、科技領(lǐng)域的履歷里，穿插了一個(gè)看起來頗不協(xié)調(diào)的工作經(jīng)歷：高盛策略分析師。

2008 年，潘世昂從斯坦福本科畢業(yè)后，進(jìn)入正處在金融風(fēng)暴最中心的華爾街，在與自己專業(yè)完全不相干的高盛工作了一年。風(fēng)暴當(dāng)中，潘世昂所在的部門裁員了很多人，但他堅(jiān)持了下來。

在他眼里，為了高薪進(jìn)入華爾街，僅僅是為了解決當(dāng)時(shí)父親去世了，家里面臨的經(jīng)濟(jì)問題。除此之外，他自己沒能在其中獲得多少工作的意義。也正因此，豐厚的薪水未能讓他留戀高盛，當(dāng)經(jīng)濟(jì)問題解決了，高薪的意義也就非常有限。所以第二年，他辭職了，潘世昂重返學(xué)校，從事科研工作。

在讀博階段，他又開始對能源問題動(dòng)了心，期間花了近半時(shí)間研究能源問題，這也是 Modern Electron 的起點(diǎn)。

如今作為公司的 CEO，潘世昂更多的心思都花在管理團(tuán)隊(duì)，維持公司運(yùn)轉(zhuǎn)，面對投資人、消費(fèi)者，留給純粹技術(shù)的時(shí)間已經(jīng)比過去少很多。

他告訴 DeepTech，成立公司、開發(fā)產(chǎn)品與純粹的科研工作雖然有一定的相似之處，甚至是在解決類似問題，但兩者路徑卻截然不同。

“干公司事實(shí)上也是一個(gè)很大的學(xué)問，我也是花了好幾年時(shí)間很認(rèn)真地在學(xué)怎么當(dāng)一個(gè)好的 Leader、怎么當(dāng)一個(gè)好的 Manager。”潘世昂一邊笑，一邊認(rèn)真地說，“I'm a nerd ，我就喜歡學(xué)習(xí)不同的東西。”

“換到一個(gè)新的研究領(lǐng)域、做不同的事情當(dāng)然不簡單，但我想辦法追上就是了。”公司成立至今 5 年，他和 Modern Electron 想解決的問題僅僅完成了一半。

“如果 Modern Electron 如你所愿在能源領(lǐng)域獲得了成功，你是不是會(huì)很快找到新的問題、投入到新的事情當(dāng)中？”

“其實(shí) Modern Electron 現(xiàn)在做的事情已經(jīng)夠大了，如果我們把這件事情解決，就已經(jīng)是一個(gè)對世界的貢獻(xiàn)了，”潘世昂停住話頭，想了想又說，“讓二氧化碳真正變零是一個(gè)很重要的問題，事實(shí)上團(tuán)隊(duì)在這個(gè)問題上已經(jīng)有了初步的解決思路，但現(xiàn)在我們先保持這個(gè)秘密。”

-End-

原文標(biāo)題：高盛分析師“轉(zhuǎn)職”科學(xué)家，革新熱離子轉(zhuǎn)化器，將家用燃?xì)庠O(shè)備變成發(fā)電機(jī)

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