【课外读物类】跨世纪知识城——能源工程.pdf

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【课外读物类】跨世纪知识城——能源工程

跨世纪知识城 能源工程 捕捉新能源 最干净的能源——氢 虽然现在有了那么多种燃料,但是真正在燃烧时完全没有污染的燃 料只有一种,那就是氢。正如我们所知道的,煤炭石油等燃料都不是单 质,它们燃烧时总会产生许多污染物,这些污染物无论用多么先进的技 术处理,也不可能完全消除得干干净净。然而,氢的燃烧生成物只是水, 没有其他物质生成,对环境没有任何污染。而且氢的热值高,每克液氢 燃烧可产生 120千焦耳的热量,是 1克汽油燃烧放出的热量的 2.8 倍,其使用安全性也和汽油差不多。氢的储运性能好,使用也方便。其 他各类能源都可以转化成以氢的方式进行储存、运输或直接燃烧使用。 氢可以说是未来最理想的燃料。 氢是这样发现的。18世纪,瑞典一位名叫卡尔·舍勒的年轻药剂师, 对化学很有兴趣,一天到晚孜孜不倦地实验。有一次,他把铁屑放进瓶 子里,再倒进稀硫酸,结果瓶里冒出了气泡。他赶紧把插有玻璃导管的 木塞往瓶口一塞,让气泡沿着管子往外走。然后,他为了看个仔细,把 一支点燃的蜡烛靠近管口,不料,逃出的气泡居然着了火,舔出细长的 浅蓝色火舌。 最初,他只知道这种气体可以燃烧,并不知道它是什么,因此,他 把这种气体叫做可燃空气。后来,人们发现可燃空气是所有气体中最轻 的一种。我国最初把它叫做轻气,后来,统一命名后才叫它为氢气。 当欧洲发现氧气以后,英国科学家亨利·卡文迪许又做了一个实验。 他把氧气与氢气放在容器里混合,然后,一通电,电光一闪,两种气体 在容器里爆炸开了,水珠儿接着一滴滴落了下来。一个重大发现产生了: 通过放电可以使氢气和氧气结合成水,水是由氢、氧组成的。 氢的特点是重量轻、可以燃烧,而且能量大得吓人。1977年 11月 19日,印度安得拉邦马德里斯海港外狂风怒吼,巨浪翻天,海面突然燃 起大火,光耀几万米,唬得人们瞠目结舌。后来才知道,那是由于强烈 的飓风掠过海面,摩擦海水,引起高热,使海水分解出氢和氧,同时, 飓风中的电荷使氢发生爆炸、燃烧,才引起一片火海。因此,氢是代替 石油和煤炭的一种新能源,是十分理想的新燃料。 氢作为能源,有其他能源无法比拟的优越性。氢燃烧产生的热量大 约是等量的汽油或天然气燃烧产生的热量的3倍。氢燃烧后的产物是水, 不污染环境,而且,还能循环使用。为此,氢被人们誉为天字第一号的 干净燃料。近几年来,液态氢已被广泛地用作人造卫星和宇宙飞船的能 源。科学家们预言,氢将是21世纪乃至更远时代的燃料。 1990年5月,在德国汉诺威工业展览会上展出了一辆氢气轿车。这 种轿车的油箱里容纳的氢气不太多,只能近距离行驶,长途行驶必须不 断充氢气。专家们估计,这种轿车到21世纪,就可以正式启用,进入国 际市场。 氢活泼可爱,惹人们喜欢,但要制取氢,并不是容易的事情。 科学家已经证明,水是由氢和氧组成。如果能从水中制取氢,氢将 是一种价格便宜的能源。 如何用水制造氢呢?最简单的办法是电解水,利用电能分解水,取 得氢。用这种方法制氢,可以得到纯度99.99%的氢。电解水制氢的缺点 是耗电量很高。生产 1000克的氢,需要用60度左右的电,所以,并不 合算,不能大量使用。 也可利用太阳光直接加热分解水制取氢。这种方法是让水先 “吃” 些催化剂,水吃了催化剂,就听话多了,只要有阳光就能使水分解产生 氢。从1978年以来,人们使用的催化剂已多到几百种。尽管如此,这种 制氢方法还处在试验阶段,需要进一步改进和完善。 太阳能电池有一种特性,一接触到太阳光,就会产生电。因此,人 们利用太阳能电池直接分解水产生氢气,制氢率达到12%。这是一种很 有前途的制氢方法。 300多年前,有人把一根柳条插入一只装满泥土的木桶里。他除了浇 水,什么肥料也不加。5年以后,柳条长大成树。人们奇怪,柳树靠什么 长大?现在知道了,柳树和所有绿色植物的叶片中,有许多专门制造养 料的叶绿体。叶绿体靠内部的叶绿素和各种催化剂,在阳光照射下,吸 收空气中的二氧化碳和土壤中的水分,制造满足自己生长的养料,同时 还放出氧气,这是叶片的光合作用。 1942年,科学家观察一些藻类的生长,发现减少二氧比碳的供应, 绿藻在光合作用下停止放氧,转而生氢。现在已经找到16种绿藻有生氢 的能力。这样,一种最有发展前途的制氢方法——生化制氢产生了。科 学家已制成了用叶绿体制氢的装置,

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