潘世昂為大家?guī)硇碌陌l(fā)電方式：將家中多余熱能轉化成電能

今天，我們如此享受電力所帶來的便利，但很少有人關心，我們主要依賴的集中式蒸汽發(fā)電已經驅動世界運轉了超過一個世紀。

如今，出生于臺灣高雄，哈佛大學物理系博士畢業(yè)的華人科學家潘世昂（Tony Pan），正在試圖為每個家庭帶來新的發(fā)電方式：將你家中多余的熱能有效轉化成電能。

他參與創(chuàng)立的公司 Modern Electron參考了傳統(tǒng)的熱離子轉換器——能夠將熱能直接轉化為電能的老舊技術——通過計算機模擬和應用新材料，開發(fā)出了新型的熱離子轉換器，提升了能量的轉化效率。

潘世昂也因此入選了《麻省理工科技評論》2020 年度全球 “35 歲以下科技創(chuàng)新 35 人” 全球榜單（TR35）。

潘世昂認為，Modern Electron 的技術能夠將家用的燃氣熱水器、鍋爐等變成迷你家用發(fā)電機，在家就能發(fā)電。他表示，這將會是一種比集中發(fā)電更便宜、更有效率的家用發(fā)電方式，尤其是與家用太陽能電池結合使用的時候。

家用分布式發(fā)電系統(tǒng)

將熱能轉化成電能不是一個新的概念，事實上，這項技術已經成熟應用了數十年。

比如需要在太空當中長時間工作的衛(wèi)星，過去有些搭載熱離子空間核電源，原理是將核反應堆裂變產生的熱能通過熱離子能量轉換器，直接轉變?yōu)殡娔?，從上個世紀美蘇太空競賽開始，人類對這一技術已有長期的研究，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，帶著核反應堆的電源不可能出現(xiàn)在家用場景當中。潘世昂所在團隊想要做的，就是革新這項舊有技術，將太空中使用的能量轉換器帶入家庭，利用家中煤氣爐、熱水器工作時產生的熱能，轉化成電能。該電能可以直接在家里使用或儲存起來。

其工作原理也易于理解，熱電轉換系統(tǒng)的核心部件之一就是熱離子能量轉換器，主要由承擔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，會激發(fā)其中一塊金屬板上的電子越過縫隙，到達另一塊溫度更低的金屬板，從而產生電流。

這個熱離子能量轉換器也正是潘世昂團隊開發(fā)工作的關鍵。關鍵目標在于：1、提升能量轉化效率；2、降低能量轉化時所需要的溫度，畢竟在家庭場景中，通?；鹧鏈囟染鸵呀浭亲罡叩?，而這遠低于過去離子空間核電源的熱能。

圖｜內置在熱水器內的轉換器能將多余熱能轉化成電能

潘世昂向 DeepTech 解釋，要實現(xiàn)轉化效率的提升，首先要解決兩個問題。

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

事實上，電子在真空中移動并沒有那么容易。科學家希望電子能乖乖地從一個電極出來，徑直地飛向另一邊，最終完成能量轉換。但實際上，大量電子一起出現(xiàn)在同一個真空環(huán)境中，它們會因帶有負電荷而互相排斥，控制其走向是一個相當棘手的難題。

大約 20-30 年前，該領域的科學家曾對熱離子能量轉換器發(fā)起過集中攻關，由于當時無法掌握電子在其中的運動，只能一次又一次改變設計，再進行實驗，用超長的時間代價找到效率更高的設計方案。

現(xiàn)在，Modern Electron 開發(fā)了專門的軟件，借助并行計算、機器學習等技術，短時間內在軟件上對電子的運動進行了超過 50 萬次模擬。

至于技術細節(jié)問題，潘世昂表示，為保護商業(yè)機密，暫時不便過多透露。不過，Modern Electron 開發(fā)的轉換器，在效率上已經達到了過往的 2-3 倍。

效率提升，正是 Modern Electron 轉換器的技術核心，但要讓轉換器真正走入消費者家中，降低使用溫度也至關重要。

在衛(wèi)星上使用的離子空間核電源，工作溫度可達 > 1500 攝氏溫度，而潘世昂表示，Modern Electron 已經將轉換器的使用溫度大幅降低，像燃氣灶這樣的自然火焰也能讓轉換器工作，完成能量轉化。

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

目前，公司已經造出了產品的原型機。團隊的工作重心也已經不僅專注于技術研究，而且還致力于產品開發(fā)階段。

“與太陽能互補”

我們日常生活當中所用到的所有電力里，有 80% 都是由熱能轉化而來，每年產值超過 1 兆美元。

回想起最早將能源作為自己和團隊的研究方向，潘世昂表示，“100 年來，熱能轉化成電能的方式都是用汽輪機，至今未變。這就有一個問題，在如此重要的領域，我們仍在沿用一些很古老的技術。所以我就想，如果能在能源轉化上取得一個突破，在某些情況下比汽輪機更好，那就是對人類有巨大貢獻。”

先錨定問題，再尋找解決問題的技術路線。對個人來說，這并不是一個常見的選擇，畢業(yè)于哈佛大學物理系的潘世昂，沒有在自身專業(yè)背景的基礎上繼續(xù)走下去，進而尋求技術商業(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生了興趣。原因很簡單，他希望能在能源領域取得一個較大的突破，未來的目標是讓全球所有人都有可靠且便宜的能源，而各種能源當中，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)，尋求合適的技術路線。

在早期階段，這只是潘世昂學業(yè)之余的事情。2014 年，他從哈佛大學畢業(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 年的時間，團隊規(guī)模還維持在 25 人左右，累計獲得了約 3000 萬美元融資。

他表示，公司在前四年時間里，工作重心就是技術開發(fā)，而如今已經到了產品開發(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換器真正嵌入不同的家用產品當中，比如煤氣爐、熱水器等有產熱能力的產品中。就像 “熱能收割機” 一樣，用戶在使用這些產品時，轉換器就位于高溫區(qū)域，汲取未能充分利用的能量，默默地將其轉化成電能。

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

如此一來，通過轉換器獲得的電能或許不能說是完全免費，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)的能源消耗習慣會帶來不同的效果，比如新加坡大概不會是 Modern Electron 的目標市場，那里地處熱帶，在熱能的依賴上顯然低于其他地區(qū)，轉換器所帶來的收益也會相應降低。

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

這個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 看到其轉換器產品可以和已有的太陽能發(fā)電系統(tǒng)形成完美互補的潛力。在一般時候，用戶在家中可以依靠房頂的太陽能板提供電力；而在夜間、陰天或冬季，Modern Electron 的發(fā)電系統(tǒng)可以作為很好的補充。

潘世昂認為，如果其公司的產品被廣泛采用，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的過程當中會出現(xiàn)大量能量損耗，因此，這項技術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)產可以隨時提供電力，因此可以補充間歇性的可再生太陽能和風能。

永遠在尋找和解決問題

成立公司，作為創(chuàng)始人帶著團隊前進，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)。

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

他說，人生就是要不斷學習。這聽起來像是一句心靈雞湯。但在輕松講出這句話之前，他確實是這樣做的，總是對新的問題產生研究興趣，然后學習、解決，之后，他又會投入到新的問題當中。

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

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

在他眼里，為了高薪進入華爾街，僅僅是為了解決當時父親去世了，家里面臨的經濟問題。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，當經濟問題解決了，高薪的意義也就非常有限。所以第二年，他辭職了，潘世昂重返學校，從事科研工作。

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

如今作為公司的 CEO，潘世昂更多的心思都花在管理團隊，維持公司運轉，面對投資人、消費者，留給純粹技術的時間已經比過去少很多。

他告訴 DeepTech，成立公司、開發(fā)產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。

“干公司事實上也是一個很大的學問，我也是花了好幾年時間很認真地在學怎么當一個好的 Leader、怎么當一個好的 Manager?！迸耸腊阂贿呅?，一邊認真地說，“I'm a nerd ，我就喜歡學習不同的東西?！?/p>

“換到一個新的研究領域、做不同的事情當然不簡單，但我想辦法追上就是了?！惫境闪⒅两?5 年，他和 Modern Electron 想解決的問題僅僅完成了一半。

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

“其實 Modern Electron 現(xiàn)在做的事情已經夠大了，如果我們把這件事情解決，就已經是一個對世界的貢獻了，”潘世昂停住話頭，想了想又說，“讓二氧化碳真正變零是一個很重要的問題，事實上團隊在這個問題上已經有了初步的解決思路，但現(xiàn)在我們先保持這個秘密?！?/p>

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原文標題：高盛分析師“轉職”科學家，革新熱離子轉化器，將家用燃氣設備變成發(fā)電機

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