全球每年產(chǎn)生14億次閃電，人類(lèi)為什么不將其收集起來(lái)用？

一道閃電劈下來(lái)，瞬間釋放的能量可達(dá)數(shù)億焦耳，足夠一個(gè)普通家庭用上好幾天。全球每年閃電次數(shù)高達(dá)14億次，這筆"天上掉下來(lái)的能源"看起來(lái)簡(jiǎn)直是白送的。可人類(lèi)發(fā)展了幾百年電力技術(shù)，為什么從沒(méi)認(rèn)真收集過(guò)閃電？

閃電是怎么來(lái)的？

閃電本質(zhì)上是大氣中的靜電放電現(xiàn)象，它的形成需要一個(gè)關(guān)鍵條件：云層內(nèi)部積累足夠強(qiáng)的電荷差。這個(gè)過(guò)程發(fā)生在雷暴云（積雨云）內(nèi)部，而積雨云的形成需要強(qiáng)烈的上升氣流把大量水汽送到高空。

當(dāng)濕熱空氣快速上升到幾千米高空時(shí)，溫度驟降，水汽凝結(jié)成小水滴和小冰晶。這些水滴和冰晶在云層中不斷碰撞、摩擦，就像你在干燥的冬天脫毛衣時(shí)產(chǎn)生靜電一樣，只不過(guò)規(guī)模大了億萬(wàn)倍。

碰撞過(guò)程中，較輕的冰晶帶走正電荷被上升氣流推向云層頂部，較重的水滴和霰粒帶著負(fù)電荷沉降到云層底部。于是云的上部帶正電，下部帶負(fù)電，一個(gè)巨大的"天然電容器"就形成了。

隨著電荷不斷積累，云層底部與地面之間的電壓差越來(lái)越大，可以達(dá)到數(shù)億伏特。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度突破空氣的絕緣極限時(shí)，空氣分子被電離，形成一條導(dǎo)電通道。

這條通道最初是一條肉眼幾乎看不見(jiàn)的"先導(dǎo)"，以階梯狀的方式向地面摸索前進(jìn)。一旦先導(dǎo)接近地面，地面上的正電荷會(huì)向上迎接，兩者相遇的瞬間，主放電通道形成，大量電荷沿著這條通道猛烈釋放，這就是我們看到的閃電。

整個(gè)放電過(guò)程會(huì)在極短時(shí)間內(nèi)反復(fù)發(fā)生多次，我們看到的閃電"閃爍"其實(shí)是多次回?fù)舻寞B加，但每次回?fù)糁怀掷m(xù)幾十到幾百微秒。閃電通道內(nèi)的溫度可以瞬間達(dá)到3萬(wàn)攝氏度，是太陽(yáng)表面溫度的五倍。周?chē)諝獗患眲〖訜岷笱杆倥蛎洠彤a(chǎn)生了我們聽(tīng)到的雷聲。

理解了這個(gè)過(guò)程，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)閃電的本質(zhì)是一種"泄洪"機(jī)制——大氣層用這種方式釋放積累的靜電能量。它天生就是隨機(jī)的、瞬時(shí)的、難以預(yù)測(cè)的，這些特性決定了它注定是一種難以馴服的能量形式。

閃電的能量，沒(méi)有想象中那么"大"

人們對(duì)閃電最大的誤解，是把"瞬間功率"和"總能量"搞混了。

一道典型的閃電由多次回?fù)艚M成，整個(gè)過(guò)程持續(xù)約0.2到0.5秒，但每次回?fù)糁挥袔资綆装傥⒚搿７逯惦娏鞯湫椭导s為2萬(wàn)到3萬(wàn)安培，極端情況可達(dá)二十萬(wàn)安培，電壓可高達(dá)數(shù)億伏特。

這些數(shù)字看起來(lái)嚇人，但能量是功率乘以時(shí)間。閃電的功率確實(shí)驚人，可它存在的時(shí)間實(shí)在太短了。換算下來(lái)，一道閃電釋放的總能量約為1億到5億焦耳，折算成電能約為30到150度電，按民用電價(jià)算大概值幾十塊錢(qián)。

更直觀的對(duì)比是這樣的：中國(guó)三峽水電站裝機(jī)容量2250萬(wàn)千瓦，僅僅運(yùn)行10秒鐘產(chǎn)生的電能就有2.25億焦耳，相當(dāng)于一道普通閃電的全部能量。

一座普通百萬(wàn)千瓦級(jí)火電機(jī)組運(yùn)行一小時(shí)產(chǎn)生的電能約為36億焦耳，超過(guò)了幾十道閃電釋放的能量總和。閃電看起來(lái)聲勢(shì)浩大、光芒萬(wàn)丈，但它更像是大自然的"煙花表演"而非"供電站"。

全球每年14億次閃電，聽(tīng)起來(lái)是個(gè)天文數(shù)字。但把這些能量全部完美收集起來(lái)（假設(shè)能做到），也只相當(dāng)于全人類(lèi)約1到2天的用電量。而且這還是在假設(shè)每一道閃電都能被捕獲、能量完全轉(zhuǎn)化的前提下。

接住閃電比"接住飛刀"還難

退一步說(shuō)，就算閃電的能量值得收集，技術(shù)上也幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

第一個(gè)是預(yù)測(cè)。閃電在哪里出現(xiàn)、什么時(shí)候出現(xiàn)，目前沒(méi)有任何技術(shù)能精準(zhǔn)預(yù)報(bào)。氣象學(xué)可以判斷某片區(qū)域有雷暴概率，但無(wú)法告訴你下一秒閃電會(huì)劈向哪一平方米。這意味著我們沒(méi)辦法提前"張開(kāi)網(wǎng)"去接它。

第二是材料問(wèn)題。閃電的瞬間電流高達(dá)數(shù)萬(wàn)安培，而普通家用電線承載幾十安培就會(huì)發(fā)熱，幾百安培就會(huì)直接燒毀。要制造一種導(dǎo)體能在百微秒內(nèi)承受幾萬(wàn)安培電流而不被汽化，這對(duì)材料科學(xué)是極大的挑戰(zhàn)。即使用超導(dǎo)材料，當(dāng)電流超過(guò)臨界值時(shí)也會(huì)瞬間失超、恢復(fù)電阻，無(wú)法正常工作。

還有最難的存儲(chǔ)問(wèn)題。我們今天最先進(jìn)的超級(jí)電容器，充滿電大約需要幾秒到幾分鐘；而閃電把全部能量釋放完，只需要不到千分之一秒。

這就好比有人往你手里倒一噸水，但只給你不到0.001秒的時(shí)間去接。即便你準(zhǔn)備好了足夠大的容器，水流的沖擊力本身就會(huì)把容器砸碎。閃電的能量不是"流入"儲(chǔ)能設(shè)備，而是"撞進(jìn)去"的。

歷史上確實(shí)有研究者嘗試過(guò)閃電捕獲實(shí)驗(yàn)，但結(jié)果都不理想。設(shè)備要么被擊毀，要么只能捕獲極少比例的能量，絕大部分能量以熱量和電磁輻射的形式瞬間散失。這個(gè)轉(zhuǎn)化效率，還不如直接曬太陽(yáng)。

怎么算都是賠本的

假設(shè)未來(lái)某一天，技術(shù)突破讓我們能捕獲閃電30%的能量（這已經(jīng)是極端樂(lè)觀的假設(shè)）。全球每年14億次閃電，按每道閃電2億焦耳、捕獲率30%計(jì)算，總共可得約840億焦耳，折合約2300萬(wàn)度電。按照工業(yè)電價(jià)0.5元/度算，這筆電值約1150萬(wàn)元人民幣。

一年收益一千多萬(wàn)，聽(tīng)起來(lái)還行？但問(wèn)題是，閃電分布極其分散。全球雷暴最密集的區(qū)域在赤道附近的剛果盆地和南美亞馬遜流域，而不是用電需求最大的城市和工業(yè)區(qū)。要在這些偏遠(yuǎn)地區(qū)建設(shè)能覆蓋雷暴區(qū)域的捕獲網(wǎng)絡(luò)，再把電能輸送到消費(fèi)地區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施投資至少是百億級(jí)別。

這還沒(méi)算上維護(hù)成本。閃電捕獲裝置必須承受高壓沖擊，意味著核心部件每被擊中幾次就得更換一次。按照目前電力設(shè)備的成本結(jié)構(gòu)，每收集一度電的代價(jià)，可能是火電或光伏發(fā)電的幾百倍甚至幾千倍。

相比之下，同樣的資金投入太陽(yáng)能或風(fēng)能，回報(bào)率要高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。一塊標(biāo)準(zhǔn)光伏板工作20年產(chǎn)生的電能，就超過(guò)了幾萬(wàn)道閃電的捕獲預(yù)期值。這就是為什么全球能源企業(yè)沒(méi)人認(rèn)真研究閃電發(fā)電——不是他們不聰明，而是賬本太清楚。

結(jié)語(yǔ)

人類(lèi)歷史上馴服過(guò)很多自然力量：河流被筑壩、風(fēng)被做成渦輪、陽(yáng)光被光伏板吸收。但這些能量有一個(gè)共同特點(diǎn)——它們是相對(duì)穩(wěn)定、可預(yù)測(cè)、可持續(xù)的。閃電正好相反，它是一種極端隨機(jī)、瞬時(shí)爆發(fā)、難以駕馭的能量釋放方式。

這不是技術(shù)發(fā)展階段的問(wèn)題，而是閃電作為一種自然現(xiàn)象的本質(zhì)特征。它的存在本來(lái)就不是為了給人類(lèi)供電，而是地球大氣層釋放靜電積累的一種"泄壓"機(jī)制。指望把閃電變成能源，就像指望把地震變成動(dòng)力一樣，聽(tīng)起來(lái)浪漫，算起來(lái)荒唐。