理想能源

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理想能源
科学家们公认,太阳能是未来人类最合适、最安全、最绿色、最理想的替代能源.资料显示：太阳每分钟射向地球的能量相当于人类一年所耗用的能量.目前太阳能利用转化率约为10％～12％.据此推算,到2020年全世界能源消费总量大约需要25万亿立升原油,如果用太阳能替代,只需要约97万公里的一块吸太阳能的“光板”就可实现.“宇宙发电计划”在理论上是完全可行的.
科学家预言：未来大规模的太阳能开发利用,有可能开辟新能源领域,从而将人类带出传统的燃火时代.
除了太阳能,利用一些自然现象产生的能,也已经列入科学家的研究领域,如对闪电、地震、火山爆发、海啸产生的能量的收集利用,将使人类利用能源进入更宽广的视野.
理想的能源——氢能

在众多的新能源中,氢能将会成为21世纪最理想的能源.这是因为,在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下,氢气产生的能量最多,而且它燃烧的产物是水,没有灰渣和废气,不会污染环境；而煤和石油燃烧生成的是二氧化碳和二氧化硫,可分别产生温室效应和酸雨.煤和石油的储量是有限的,而氢主要存于水中,燃烧后唯一的产物也是水,可源源不断地产生氢气,永远不会用完.
氢是一种无色的气体.燃烧一克氢能释放出142千焦尔的热量,是汽油发热量的3倍.氢的重量特别轻,它比汽油、天然气、煤油都轻多了,因而携带、运送方便,是航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料.氢在氧气里能够燃烧,氢气火焰的温度可高达2500℃,因而人们常用氢气切割或者焊接钢铁材料.
在大自然中,氢的分布很广泛.水就是氢的大“仓库”,其中含有11％的氢.泥土里约有1.5％的氢；石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢.氢的主体是以化合物水的形式存在的,而地球表面约70％为水所覆盖,储水量很大,因此可以说,氢是“取之不尽、用之不竭”的能源.如果能用合适的方法从水中制取氢,那么氢也将是一种价格相当便宜的能源.
氢的用途很广,适用性强.它不仅能用作燃料,而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能.例如,储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领,可将热量储存起来,作为房间内取暖和空调使用.
氢作为气体燃料,首先被应用在汽车上.1976年5月,美国研制出一种以氢作燃料的汽车；后来,日本也研制成功一种以液态氢为燃料的汽车；70年代末期,前联邦德国的奔驰汽车公司已对氢气进行了试验,他们仅用了五千克氢,就使汽车行驶了110公里.
用氢作为汽车燃料,不仅干净,在低温下容易发动,而且对发动机的腐蚀作用小,可延长发动机的使用寿命.由于氢气与空气能够均匀混合,完全可省去一般汽车上所用的汽化器,从而可简化现有汽车的构造.更令人感兴趣的是,只要在汽油中加入4％的氢气.用它作为汽车发动机燃料,就可节油40％,而且无需对汽油发动机作多大的改进.
氢气在一定压力和温度下很容易变成液体,因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便.液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料,也可用作火箭、导弹的燃料.美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭,都是用液态氢作燃料的.
另外,使用氢—氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能,使氢能的利用更为方便.目前,这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用,效果不错.当然,由于成本较高,一时还难以普遍使用.
现在世界上氢的年产量约为3600万吨,其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的,这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4％的氢是用电解水的方法制取的,但消耗的电能太多,很不划算,因此,人们正在积极探索研究制氢新方法.
随着太阳能研究和利用的发展,人们已开始利用阳光分解水来制取氢气.在水中放入催化剂,在阳光照射下,催化剂便能激发光化学反应,把水分解成氢和氧.例如,二氧化钛和某些含钌的化合物,就是较适用的光水解催化剂.人们预计,一旦当更有效的催化剂问世时,水中取“火”——制氢就成为可能,到那时,人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水,再加入光水解催化剂,那么,在阳光照射下,水便能不断地分解出氢,成为发动机的能源.
本世纪70年代,人们用半导体材料钛酸锶作光电极,金属铂作暗电极,将它们连在一起,然后放入水里,通过阳光的照射,就在铂电极上释放出氢气,而在钛酸锶电极上释放出氧气,这就是我们通常所说的光电解水制取氢气法.
科学家们还发现,一些微生物也能在阳光作用下制取氢.人们利用在光合作用下可以释放氢的微生物,通过氢化酶诱发电子,把水里的氢离子结合起来,生成氢气.前苏联的科学家们已在湖沼里发现了这样的微生物,他们把这种微生物放在适合它生存的特殊器皿里,然后将微生物产生出来的氢气收集在氢气瓶里.这种微生物含有大量的蛋白质,除了能放出氢气外,还可以用于制药和生产维生素,以及用它作牧畜和家禽的饲料.现在,人们正在设法培养能高效产氢的这类微生物,以适应开发利用新能源的需要.
引人注意的是,许多原始的低等生物在新陈代谢的过程中也可放出氢气.例如,许多细菌可在一定条件下放出氢.日本已找到一种叫做“红鞭毛杆菌”的细菌,就是个制氢的能手.在玻璃器皿内,以淀粉作原料,掺入一些其他营养素制成的培养液就可培养出这种细菌,这时,在玻璃器皿内便会产生出氢气.这种细菌制氢的效能颇高,每消耗五毫升的淀粉营养液,就可产生出25毫升的氢气.
美国宇航部门准备把一种光合细菌——红螺菌带到太空中去,用它放出的氢气作为能源供航天器使用.这种细菌的生长与繁殖很快,而且培养方法简单易行,既可在农副产品废水废渣中培养,也可以在乳制品加工厂的垃圾中培育.
对于制取氢气,有人提出了一个大胆的设想：将来建造一些为电解水制取氢气的专用核电站.譬如,建造一些人工海岛,把核电站建在这些海岛上,电解用水和冷却用水均取自海水.由于海岛远离居民区,所以既安全,又经济.制取的氢和氧,用铺设在水下的通气管道输入陆地,以便供人们随时使用.