书城自然科学求知文库-人类生存之能源
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第18章 能源开发新技术(2)

科学家认为,采取这种能量转换方式形成的新型能源,可以用来引爆炸药,产生激光,加速带电粒子和供电。

让我们再大摇大摆地走到火力发电机厂,毫无顾忌地把金属钾扔到锅炉中去——这不是犯罪吗?

不是的。用金属钾代替水作能源发电,这是一种发电的新技术。金属钾具有一种特性,它由液态变为气体时,它的最高温度可达到水蒸气的1.5倍。

用金属钾代替水发电的过程是,先把液态金属钾送入锅炉,加热成气体,带动汽轮发电机发电,然后进入热交换器。在热交换器里,金属钾气体再冷凝成液态。试验表明,与通常的火力发电相比,它有明显的优点:首先是发电效率提高了50%;其次是燃料消耗减少25%;此外,在发电过程中,灰粉、硫磺等有害废物的排出量也相应减少25%,从而大大降低了环境污染。

雪花发电

你知道吗,雪花不仅形态迷人,而且还蕴藏着巨大的能量,可以用来发电。煤、石油等燃烧释放的是热能,雪不能燃烧,同样能放出能量,但不是热能,而是“冷能”。生活中的制冷设备如冰箱等,在制冷时要消耗大量电能。如果用雪花来制冷,不就可以节省许多电能吗?

实际上,我们的祖先早在利用冰能了。在清朝,专门有官员负责在冬季收集冰块,贮藏在地窖里,到夏季把冰块发给皇亲贵族使用。在现代,美国科学家曾把冬天保存的500吨雪,在炎热的夏天用作高楼的空调能源。日本科学家设想在炎热夏天,把融化的雪水通过管道,对大楼降温。日本的一农业试验场,把雪堆在贮藏蔬菜、谷物的库房周围,使库房的温度保持在零摄氏度左右,蔬菜、谷物在没有制冷设备的库房里,完好保存了几个月。

目前,积雪发电已获得成功,利用积雪温差发电的独特设备也设计制造出来了。积雪发电的工作原理是这样:

把一个蒸发器放在地面上,蒸发器里面放的是沸点很低的液体化学物质,比如氟、氨等液体。再把一个凝缩器放在高山上。凝缩器里放的是雪。

两个器具之间用管道连接在一起,并把管内空气抽出。然后,用地下热水和工厂里的余热,使沸点很低的氟、氨等液体变成气体,通过管道冲击汽轮机,带动发电机发电。通过汽轮机的氟、氨气体,再经过凝缩器,在雪的冷却作用下,重新变成液体贮存在蓄水器里,通过泵送回蒸发器,循环使用,不断发电。

新型燃料

1988年,我国生产的一种固体燃料,是用工业下脚料锯末、秸秆、酒渣等做原料,先把它们烧成木炭状,然后加入一些叫做六亚甲基四胺的化学物质制成的。这种燃料用火柴一点就着,因此,被称为易燃燃料。它燃烧时放出的热量大,而且无烟、无味,烧后只留下少量的灰。这种燃料很受用户欢迎,现已远销美国。

人造燃料是用化学合成方法生产的燃料,把化学物质六亚甲基四胺和液氨压制成块状的固体燃料,是人造燃料中的优质产品。它在燃烧时产生的热量比烧煤高出1倍,火焰温度达到300摄氏度。它不像烧煤时会有烟灰、烧后会有灰渣,燃烧时也不放出有毒气体,所以,被家庭主妇们称赞为清洁、高效燃料,非常受欢迎。

你听说过有一种汽车,只需要水,而不需要汽油吗?英国发明家佛朗克司·柯尼正在做这方面试验。汽车都有水箱,他在水箱里的水面下,放上一个旋转的鼓,当然,这种鼓不是用皮制成的,而是用金属铝制成。然后,用一根铁丝伸向铝鼓,在铁丝与铝鼓之间加上18000伏的高压电能。在高压电作用下,水箱里的水开始分解成氧气和氢气,通过管道把氧气和氢气送到汽化器中,使它们混合,使发动机点火转动起来。

你又听说过用尿代替汽油开汽车吗?美国电信专家克拉奇菲尔德在上厕所时,看见便桶有几滴尿在闪光,这激发了他的创造欲。他拿了一块布,用尿浸润,然后通上电。不一会儿,尿布释放出一种白色气体,这种气体会燃烧。这样,克拉奇菲尔德发现了人尿中含有可燃性气体。这下,一发不可收。

克拉奇菲尔德动手研制一套收集尿中可燃气体的装置,用这个装置来煮饭、开汽车。4升“尿油”可使汽车行驶300~500千米。乘车外出旅游,就不必带汽油,只靠乘客的尿就满足汽车的需要了。克拉奇菲尔德预测,“尿油”

不仅能开汽车,还能开飞机、开宇宙飞船,甚至可以发电。如果你也想激发创造欲,不妨勤于观察,大胆思索,不要放过任何蛛丝马迹。

你愿意少喝一杯可口可乐吗?因为,可口可乐可以代替汽油开汽车。英国科菲尔德博士,曾破天荒地做了一个实验,证实了这点。他在一辆汽车的油箱里,灌满5升可口可乐饮料和一种特别配制的化学添加剂。结果,这辆汽车以每小时90千米的速度行驶在公路上,排出的废气比烧汽油减少30%。

燃料电池

意大利人伏打,在1789年做了一个实验。他用一种金属片接触青蛙腿,用另一种金片接触青蛙的神经,当用导线把两片金属连接起来时,青蛙腿发出微微颤动。这个发现引起了伏打的兴趣。接着,他用自己的舌头做试验。

他把一片锡箔放在自己的舌头上,并让锡箔跟一枚银币接触,舌头上立刻有电麻的感觉。后来,他找了许多不同的金属,如锌、锡、铅、铁、金、银等来做实验,使其中两种金属互相接触,结果,每接触一对金属,都能测出其中微弱的电流。

不久,伏打又把一组组铜片和锌片浸泡在一个个盛盐水的容器里,再用导线把它们连接起来,这样,伏打终于发明了一种能产生电流的装置——伏打电池。今天我们用的干电池,它的工作原理就来自最原始的伏打电池。

燃料电池是干电池家属中的一员,最早出现在100多年前,当时,没有引起人们的注意。在20世纪60年代执行阿波罗登月计划时,“阿波罗号”宇宙飞船上使用了燃料电池,才使得它崭露头角,引起人们的重视。

手电筒里、收音机里使用的干电池,外壳是负极,中间的碳芯是正极。长期不用,干电池外壳会渗出一种溶液,这是电解液,就好比是伏打实验时用的盐水。燃料电池也有正、负电极和电解液,只不过多了氧化剂和燃料。

燃料电池的发电原理与干电池一样,所不同的只是,干电池的燃料装在电池内部,当燃料用完以后,电池就不能继续供电,需换新的电池使用;而燃料电池的燃料是贮存在电池之外的,只要燃料和氧化剂连续输入电池中,燃料电池就可源源不断地发电,燃料电池也就由此而得名。

由于使用的燃料和氧化剂有许多种,所以,燃料电池的种类很多:有氢—氧燃料电池,“阿波罗号”宇宙飞船上使用的就是这种燃料电池;有金属氢化物—空气燃料电池;有甲醇—氧燃料电池;有水—钠燃料电池。水—钠燃料电池是很先进的燃料电池,它由钠和水做燃料,钠是碱性金属,它同水一起会发生猛烈的化学反应,放出大量的热。水—钠燃料电池的副产品是氢,它是人们正在开发的新能源。使用水—钠燃料电池,不需要使用输电线,只要用汽车或火车把钠送给用户就可以,使用非常方便。

除了水—钠燃料电池之外,人们正在研究更先进的方法,直接利用天然气或人造煤气做原料的燃料电池,以海水为原料的燃料电池也在研制中。

燃料电池的优点很多,主要是在工作时没有噪音,不会产生有害气体,效率高。现代化燃料电池实际上是座无污染、无噪音的发电厂,发电容量可有10万千瓦,效率比小型电厂高1~3倍,能保证一个家庭、一家工厂,甚至整个居民点的用电。

冰也能燃烧吗

冰在夏天是少年朋友最喜欢的消暑饮料,怎么也能成为燃料呢?因为,此种“冰”非那种冰。我们所说的“冰”,不是由水凝结而成的自然冰,而是由天然气——甲烷的水溶液凝结而成的。它蕴藏在海岸深处的地层中,外表和特征都与自然冰相似,但是它能直接燃烧。所以,科学家把它称为“可燃冰”、“透明煤”。可燃冰是怎么来的?它是高压、低温的产物。海洋深处的压力究竟有多大?让我们先来看一个故事。

1963年4月10日,当时美国海军中最先进最复杂的攻击型核潜艇“长尾鲨号”,在水中试验潜艇下潜深度。当下潜到240多米时,艇体发出一种尖细的叫声,叫声混杂在各种声音里,并没有引起人们的注意。战士们都沉醉在兴奋和激动中,因为这个深度是海军以前从未到达的深度,他们正在走前人从没走过的路。到了300多米时,刺耳的尖细叫声更加频繁急促。“砰!”

潜艇的辅机舱突然传来巨大的金属爆破声。巨大的深水压力把海水汽化成浓密的雾弥盖了辅机舱。不久,核反应堆停止工作,潜艇主机车停车。艇长采取了一系列应急措施都无济于事,潜艇继续下沉。接着,机舱传来惊天动地的巨响,1500吨海水冲进受伤的潜艇。艇内通常约每平方厘米1千克的空气压力,急剧上升到至少每平方厘米56千克,那些没有被水流冲杀的战士,顷刻间被高压空气压死了。巨大的水下压力使“长尾鲨号”核潜艇从此消失了,129名艇员全部丧生。这一水下大悲剧惊动了美国朝野,传遍全球。

在海洋中,海洋的动物和微生物遗骸不断沉积在海底,会分解出一种甲烷气体。由于海底的温度低而水压力非常高,所以,大部分甲烷气体不是逃逸到水面,而是被压力压到沉积岩细微的孔隙内转化为水合物。这些充满水合物结晶体的沉积物,随着时间的推移,被新的沉积物覆盖。这时,水合物开始分解,气泡冲破冰的封锁,沿着弯弯曲曲的缝隙和孔隙向上运动,重又进入上面的水合物形成区。这样,在数百万年的漫长岁月里周而复始,形成了固体化合物——冰矿矿床。

地球上冰矿的蕴藏量十分惊人。美国和加拿大沿海地区蕴藏量估计达数百亿立方米,可供开采几百年。在俄罗斯的里海、黑海和鄂霍次克海也取出了含可燃冰矿的岩芯。新西兰、印度、日本等国都有可燃冰矿存在。

只是目前世界上还没有开采冰矿的经验和技术。人们正在研究开采方法。可以预料,随着科学技术的进一步发展,不远的将来,这一难题会得到解决。到那时,人类就可以用冰做饭、取暖、炼钢、发电等。