問題
How can we break the current limit of energy conversion efficiencies?
我們如何突破當前的能量轉換效率極限？
放棄幻想
各種形式的永動機早就被科學放棄，不應再浪費時間討論。還好這是在工程材料里的問題。按照熱力學定律，兩個溫度源之間的最高效率為卡諾循環效率 1-Tlow/Thigh。這裡用「如何突破....極限」不如用"如何科學用能"更好。
人類在用的能源轉換方式中，其實都要滿足熱力學定律的，先簡單羅列（大致數據）。
煤-電：~40%（蒸汽輪機）
天然氣-電：~60（燃氣-蒸汽聯合循環）
水-電：~80%（水輪機）
風-電：~45%（風力發電機，貝茨極限值59.3%）
太陽能：~25%（硅光伏轉換方式）
核能:~33%（核裂變，壓水堆）
簡單分析一下：
- 傳統 熱力發電
煤-天然氣等都是熱力發電形式，天然氣發電可以效率高還是因為通過葉輪機械提升了能源的「品味」。
- 水電風電
是動能-電能的轉化，而非內能-動能的轉化，可以不用套用卡諾循環的概念。因為內能是無序的熱運動的能量，水-風則是有秩序（速度方向固定）的平動能。所以水電效率可以很高，風-電不夠高是因為氣體通過風機的流通性矛盾。
- 太陽能
光伏是直接利用光-電效應產生電流，由於材料的選擇性造成了效率低。
- 核能
壓水堆和煤電接近，其實都是因為最後用的是蒸汽輪機，前者損耗大一點。
小小盤點一下。
改良：哪怕一點點
蒸汽輪機需要提高產生蒸汽的爐膛耐溫能力，因此需要材料科學的提升。
燃氣輪機也可以提高工作參數（最後也大致落到材料的頭上）
等等吧。
組合式創新：給高品味的幫忙
炒菜一樣，交叉重組一下來點靈感。
舉例子吧：比如大家看到太陽能光電效率低是因為光伏材料的選擇性難以避免，那麼把光轉成熱，再給其他熱力機械用。
大白話就是：用太陽能吧水曬熱了再送鍋爐里，不就25%到40%了。
實際應用中需要考慮各種條件，但以上這個例子的思想是沒錯的:低品位的去跟高品位的幫忙，水平低的人自己沒能力，就給能力大的人當秘書，然後最後一算貢獻，嗯竟然大於絕大多數人。 大家思考下。
寫到這裡發現跑題太遠，而且這個話題本就和能源的問題有重複。
再拉回一點。
材料
前面說到的改良中，關鍵是材料。元素周期表本就有限，地球這個普通的星球也不可能保存太多稀有的高性能材料。
比如渦輪葉片中的金屬錸，不了解它背後的博弈的都不是合格的軍迷。這些稀有材料及其合金技術可能改變一個星球的能源利用現狀。
或許可以期待一下宇宙的恩賜，捉住一個純錸的小行星之類，這也算突破了。
上帝：明顯是人類能力不足，反倒怪責資源限制了科技樹
雲智熵：你就狠心看著人類幾度幾度的提升材料極限吧。
上帝：元素周期表之外我也沒有啊
雲智熵：不要那麼多，你再多盡點力吧
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