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電方式：將你家中多余的熱能有效轉化成電能。

他參與創立的公司 Modern Electron參考了傳統的熱離子轉換器——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電機，在家就能發電。他表示，這將會是一種比集中發電更便宜、更有效率的家用發電方式，尤其是與家用太陽能電池結合使用的時候。

家用分布式發電系統

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，直接轉變為電能，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，任何來自外界的熱量聚集，會激發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，通常火焰溫度就已經是最高的，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，大量電子一起出現在同一個真空環境中，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。

現在，Modern Electron 開發了專門的軟件，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。

至于技術細節問題，潘世昂表示，為保護商業機密，暫時不便過多透露。不過，Modern Electron 開發的轉換器，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，畢業于哈佛大學物理系的潘世昂，沒有在自身專業背景的基礎上繼續走下去，進而尋求技術商業化。

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，尋求合適的技術路線。

在早期階段，這只是潘世昂學業之余的事情。2014 年，他從哈佛大學畢業，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，而如今已經到了產品開發的階段。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，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電系統有相像之處：一次性前期投入，后期持續為用戶省錢。

Modern Electron 看到其轉換器產品可以和已有的太陽能發電系統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 的發電系統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、天然氣發電廠的依賴。而且，這些發電廠在燃燒和電力傳輸的過程當中會出現大量能量損耗，因此，這項技術可以反過來減少電力行業的溫室氣體排放。此外，Modern Electron 的熱電聯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。

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后，進入正處在金融風暴最中心的華爾街，在與自己專業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。”潘世昂一邊笑，一邊認真地說，“I'm a nerd ，我就喜歡學習不同的東西。”

“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。”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，但現在我們先保持這個秘密。”

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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電機

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