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上天入海寻找未来新能源

2019-10-10 09:48:19来源:励志吧0次阅读

对于人类来说,现有的石油等作为极难再生的资源,终有枯竭的一天。如何应对矿物燃料缺乏的窘况,或者如何尽快发现那些曾经被我们忽视的能源替代品,成为科学家们关注的焦点。为此,人类不惜上天、入地……

海底可燃冰,分解1立方米可生成164立方米至180立方米天然气

12月17日,召开新闻发布会,介绍了2013年中国海域天然气水合物(可燃冰)的勘探成果。可燃冰一时间成为大家关注的词语。事实上,这种可燃冰的主要成分是甲烷和水,之所以形成冰一样的外观是因为,在低温高压的环境下,甲烷被“封在”了冰壳里,形成一种天然气水合物。虽然看上去可燃冰其貌不扬,但它是一种高效的能源,1立方米的可燃冰分解后可生成164立方米至180立方米的天然气,对于传统矿物燃料日益枯竭的现状来说,如何利用可燃冰将是未来学界关注的焦点之一。

我国可燃冰储量丰富,但现在可燃冰却只能远观不可点燃。长期从事地质勘探工作的地质队员郭宝向本报记者举出了目前比较集中的制约因素:“首先,可燃冰的生成环境是低温高压,这种环境使可燃冰的主要成分甲烷以固态存在。可燃冰对温度和压力非常敏感,一旦环境改变就会发生气化,固态的甲烷将会变成气体从冰壳中逸出。”作为一种温室气体,甲烷的温室效应要比二氧化碳高10到20倍,假如盲目地将可燃冰作为新型能源大量开采,在开采过程中势必会向大气中排放大量甲烷气体,这将进一步加剧全球的温室效应,造成全球变暖,而全球变暖又会导致深埋海底的可燃冰因为温度的改变而“苏醒”气化,从而形成恶性循环。此外,固结在海底沉积物中的可燃冰,一旦气化释出,就会形成一个巨大的“空腔”,使海底软化,出现大规模海底滑坡,威胁到各种海底设施。

“其次,可燃冰的开采成本大,开采技术还在探索之中,这也是制约可燃冰利用的重要因素。”郭宝说。可燃冰的开采、加工、运输都需要建造大量相关设备,这些设备的投入成本远远大于开采出的可燃冰所产生的效益。可燃冰不像液态石油,想要开采它就要像开采石头一样一块块地从海底运上来,在运输的过程中还要小心谨慎地保持它的物理形态。在不少科技著作中,学界都提出了一些开采可燃冰的方法和手段,但都存在着技术复杂、速度慢、费用高且无法实现高效收集的通病。

本想寻找一种更清洁、更廉价的替代能源,结果发现利用成本远高于石油,这样的结果恐怕任何人都不愿看到。所以,就目前的情况来看,可燃冰本身虽然是一种高效的替代能源,但是以目前的工业和科技水平,还无法从根本上解决开采中的成本问题和附带影响,对可燃冰的利用仍然任重道远。

月球上的氦-3,核聚变反应时释放能量更高且不带有放射性

很多人不知道,在月球上有一种地球上所匮乏的元素,它可以改变许多人对核能的固有印象,这种元素叫做氦-3。这种神奇的元素在地球上的存量相当少,据估计,地球上所有的氦-3元素加起来,根本不够未来核反应堆塞牙缝的,但是在宇宙中,氦-3却相当丰富。根据探测的结果,月球上的氦-3含量约在100万吨以上。

氦-3有怎样的特性呢?合肥物质科学研究所的张振博士告诉记者:“氦-3本身不带有放射性,反应时释放的能量远高于以氢、氘作为原料的聚变反应,且氦-3在反应过程中不产生带放射性的中子,更加清洁环保。”

如何将月球中的氦-3元素开采出来是目前主要的问题之一。如果将月球土壤带回地球加工,需要超大型的航天器,阿波罗登月计划中使用的“土星五号”运载火箭堪称“大力士”,但是相较运送月球土壤所需的运力,“土星五号”不过是个小推车。如果在月球上建立永久基地,进行氦-3的提炼加工,所需的经费又将是天文数字。此外,目前人类在核聚变的研究领域,还没有达到使用氦-3作为原料的水平。张振说:“使用氦-3作为原料进行核聚变,同现有的使用氢、氘作为原料的核聚变,在原理上是相同的,但是氦-3反应所需要的条件更高。”

现在,核聚变领域已经取得了可喜的进展,美国的“国家点火装置”核聚变实验成功地实现了“核聚变过程中释放能量大于消耗能量”。从长远来看,聚变反应堆甚至以氦-3为燃料的聚变反应堆代替现有的裂变反应堆,将是未来核能源发展的方向。

【链接】

可利用的未来新能源

生物燃料

提起生物燃料,大家都会觉得很新鲜。据科学松鼠会成员橡树村介绍:“生物燃料并没有什么稀奇,比如生物乙醇,就如同我们酿酒一样,通过微生物将粮食发酵得到,只是对提纯的要求要高得多而已。”目前,生物乙醇的应用主要存在着与人争粮的问题。“在未来,第二代生物乙醇应该用作物的非粮食部分(比如秸秆、米壳)或者高产的非粮作物(如大象草)作为制备的原料。”橡树村说。

潮汐能

潮汐能也是一种实用的能源,可以通过涨潮落潮时海浪的势能来推动发电设备运转发电。这种发电方式可以在潮汐比较大的沿海地区或河口使用。

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