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第32章 化学与工业(11)

后来人们从这个事件中得到启发,偶然之中包含着必然,在条件相同的地下,在大海里一定存在着可燃冰。这一查,不但查出了地球上有可燃冰,而且数量相当惊人!

虽然在靠北极的西伯利亚和阿拉斯加的冻土中偶然发现水化甲烷,但是,大量的水化甲烷深藏在海底。在日本附近的海底,发现的水化甲烷估计为7.4亿立方米。这一发现对缺乏能源资料的日本来说,比发现一个大金矿更令人兴奋。

水化甲烷中的甲烷被封锁在冰晶中,无异于被高度压缩于固体之中。一旦开发利用,1立方米可燃冰释放出来的能量相当于164立方米天然气。日本海附近的水化甲烷,可满足日本未来100年的需要。

在我国南海,科研人员原来以为那里没有冻土带,好像不可能存在可燃冰,然而,最近的调查得出了新的结论,南海海底不仅有可燃冰,而且储量相当丰富,能源总量为我国大量生物和微生物死亡后沉积到海底,分解后和水形成类冰状化合物石油总量的一半。另外,从我国东海也传来好消息,可燃的冰蕴藏量相当可观。

这样看来,可燃冰将会成为明天的重要能源,身价骤然提高。于是,它的身世就引起了人们的兴趣,自然会问:“它从哪儿来?”

有人说,古代的生物和微生物死后,沉积在海底,尸体被细菌分解,生成了甲烷、乙烷等可燃气体,由于海底的温度低,压力大,甲烷就与水结合成为水化甲烷——可燃冰。甲烷也会钻进疏松的砂岩,形成水化甲烷,天长日久,千万年的岁月使海底形成了绵延数万千米的可燃冰,成为了适宜开采的矿藏。

也有人说,甲烷不是在海底形成的,是地球生来就有的。由于宇宙空间存在着甲烷,早期的地球本来就有甲烷,形成地球以后,就存在于海底了。

这就是说,水化甲烷从哪里来,至今没有结论。那么,“到哪里去”的问题也没有明确的走向。

首先,人们想到了它是一种矿藏,有极高的利用价值,可以替代具有广泛用途的天然气,既可以作为未来的化工原料,用来制造塑料、化学纤维和药剂等等,又可以用来当做燃料直接燃烧。

还有一种更理想的利用方式,让甲烷从浮石这种触媒中流过,就会分解为两种产品:苯和氢。其中,苯的数量较少,大部分是氢,苯是化工原料,而氢则是越来越受到重视的能源,用氢做燃料的燃料电池,很快就会成为替代汽油的能源。

看来,水化甲烷好像有了一个令人欣喜的出路,到哪里去的问题已经得到了解决。可是,有人说,水化甲烷给人类带来的后果,是福是祸还很难说。

如若不信,有事实为证。1998年,太平洋上的巴布亚新几内亚发生一次可怕海啸,造成2000多人死亡。海啸,那是海底地震、地壳滑动造成的,而地壳的变动引起可燃冰的不稳定,“冰”成为了“气”,推波助澜,海啸进一步升级。幸免于难的灾民说,他们看见翻浪的海水中隐约有火光闪现,闻到了刺鼻的气味。火光和气味正是甲烷引起的。

有的科学家说,1998年的海啸只是一个局部性的小灾难,甲烷还可能引起更大的灾难。海底的水化甲烷,不会老老实实地呆在冰晶之中,只要海洋的洋流有变化,就有可能被释放出来,升到海面,进入空气之中,引起气候变化,引起全球性的气候变暖,带来毁灭性的后果。

如今人们提高了环境保护意识,担心温室效应引起气候变暖,纷纷指出二氧化碳增加是引起气候变暖的原因,因为二氧化碳妨碍了空中的热量向宇宙中排放。可是,二氧化碳这种作用与甲烷相比,显得微不足道,甲烷产生的温室效应比二氧化碳大12倍。

这种担心不是没有根据,有的海洋学家说,1.5万年前曾经出现过一次甲烷气体的大量释放,造成一次气候变暖。历史再往上推,5500万年以前,地球上的气候急剧变化,空气和海洋的温度上升,造成多种生物灭绝,今天通过计算机的分析计算,很可能是由于甲烷的大量释放。

可燃冰到哪里去,至今仍然是一个待解决的问题。当做新能源,当做宝藏,人类迟早要加以开发利用,只是如何开采,如何运输,还处在研究阶段。开采和利用的时候,始终要注意一个问题,必须使甲烷在人的控制下释放出来,不能泄漏,更不能引起甲烷自动地大量释放。

要是处理不当,或是海底变化,引起甲烷大量释放,那将使人类面临一次大的灾难。

能源危机中的希望

能源危机是当今世界普遍存在的问题,当今世界人口从1900年的16亿增加到目前约60亿,净增加了约2倍多,而能源消费据统计却增加了16倍多。人类使用的能源主要来自于石油、煤和天然气。按照目前的消耗水平估算,21世纪初人类将面临能源危机的威胁。

与此同时,由于大量使用碳氢化石燃料,环境污染日益严重。光化学烟雾、酸雨等公害接踵而至,生态平衡惨遭破坏,危机红灯频繁闪烁,传统的能源体系已难以适应人类生存发展的需要,加紧开发低污染乃至无污染的绿色新能源已迫在眉睫,目前这已成为各国的重要任务,在完成这一任务的过程中,化学将发挥巨大的作用。

在能源危机面前,经过科学家们的不懈努力,曙光初露,新能源技术的发展方兴未艾,引人瞩目。太阳能和氢能等新能源的竞相开发利用,为人类的生存展示了充满希望的美好前景。

为了解决能源危机,各国都把目光放到了太阳能上。

我们都知道地球是太阳系的一员,正是太阳给了地球光和热,如果没有太阳,恐怕地球就不会有生命了。太阳称得上是我们地球上生命的母亲了。其实太阳是一个硕大无比的热源火球。虽然太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量(约为375×1026瓦)的22亿分之一,然而一年内“恩赐”给地球的能量,相当于地球上石油蕴藏能量的100倍以上。全世界一年的总能耗量,对于太阳来说只是30分钟的“举手之劳”。据科学家估计,太阳的寿命至少还有100多亿年,因此,对人类来说,太阳是一个取之不尽,用之不竭的能源宝库。

在新能源开发中,利用太阳能电池作能量转换器把太阳光直接转换为电能,以其结构简单、无噪声、无振动、无污染的优点而引人瞩目。因此,太阳能电池的研究得到世界各国的普遍重视。

如今太阳能电池已经进入了实用阶段,家用太阳能热水器就是利用太阳能电池发电来获取热量的。在研究开发太阳能电池过程中,寻找合适的半导体材料是关键。目前使用的太阳能电池主要有单晶硅电池、多晶硅电池、非晶硅电池等。这些太阳能电池常被作为手表、收音机、灯塔、边防哨所的电源,还用于汽车、飞机、人造卫星和飞船上的电源。

世界上第一台实用型的单晶硅电池是1954年在美国贝尔实验室诞生的,由于这种电池性能稳定、寿命长、体积小、重量轻,很适合作航天器上的电源。1958年,美国的“先锋1号”人造卫星首先使用了硅电池,使人造卫星电源可以安全工作达20年之久,从而取代了只能连续工作几天的化学电池,为航天事业的发展提供了一种重要的能源动力。迄今,美国发射的近千颗人造卫星中,有95%都采用硅电池。我国在1971年发射的第二颗人造卫星“实践1号”上开始使用硅电池。

单晶硅的生产工艺复杂、耗能多、成本高。多晶硅电池的效率虽然较差,但比单晶硅易于制造。上述两种材料都有一定的局限性,不利于大规模付诸实用。因此,各国又把希望转向比较廉价的非晶硅薄膜材料(制造成本仅为单晶硅的1/100左右)。

1976年用非晶硅薄膜技术制备的太阳能电池的问世,曾被视为电子工业的一大奇迹,它为太阳能电池制造成本的大幅度下降开辟了一条希望之路,但美中不足的是光电转换效率较低。但据报道,经过科学家的不懈努力,到1991年时,非晶硅的光电转换效率已由最初的4%提高到了12%。专家们预测,转换效率为15%以上的大面积、大功率非晶硅电池的开发,将成为太阳能电池的主流材料。

近年来,太阳能电池的开发应用正逐步走向产业化、商业化。随着太阳能自行车、汽车、游艇、飞机的相继面世,人们越来越相信有可能成为化石燃料的重要替代能源而雄踞于陆、水、空运事业中。

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