开发能源的新思路
文章出处：大众科学   发布时间：2005-04-05  


矿物燃料是人类在现阶段的主要能源，由于储量有限，人们一直在寻找可以替代矿物燃料的新能源。在开发核能、太阳能、海洋能新能源的过程中，科学家和企业家们提出开发新能源的一些新思路。在这些新思路的指导下，科学家们正在积极研究开发反物质能、电子能级能、太阳能卫星、热聚变和冷聚变及海底甲烷。

　　反物质能

　　美国航空航天局目前正致力于开发一种新的用反物质发动机推进的航天器，这种发动机的工作原理与电视系列剧的《星际旅行》中星际飞船“企业”号发动机的工作原理相同。这种发动机还有可能作为能源，供人类使用。美国亚拉巴马州茨维尔马歇尔航天中心的研究员达维德·内弗认为，这种发动机决不是科学幻想。人们已经知道，当反物质与正物质发生碰撞时，这两种物质会相互抵消，并在碰撞的瞬间释放出巨大的能量。内弗说，针尖大小的反物质与正物质结合时就会释放出难以估算的能量，困难是尚未找到收集并储存反物质能量的方法。

　　电子能级能

　　曾在哈佛大学深造的兰德尔·米尔博士在物理学和化学领域进行了深入的研究后宣称：他发现了一个解决能源问题的独创方法，它在理论上的意义比火对人类的意义还要重大。解决能源问题只是这一理论的副产品。他已经找到一种可以使氢原子的电子从高能级轨道向低能级轨道跃迁的方法，在跃迁过程中所产生的能量会以紫外线的形式释放出来。为了继续从事这项研究工作，米尔斯在新泽西州克兰伯里成立了黑光电力公司。两家大型的公用电力企业——特拉华州威尔明顿的电力公司和俄勒冈州波特兰的太平洋电力公司现已向黑光电力公司提供了数百万美元的研究经费。黑光电力公司现已拥有２０００多万美元的研究经费。

　　米尔斯博士说，除了研究开发新能源外，黑光电力公司还在实验中获得了可能具有商业应用价值的“全新化合物”。使用这种化合物制造的电池所产生的能量可能要比普通电池产生的能量至少高出１万倍。米尔斯的热情支持者、物理学家谢尔比·布鲁尔认为，米尔斯在氢原子的电子能级方面的研究成果值得称赞，它具有一定的发展前途，应当做进一步的商业开发。

　　太阳能卫星

　　太阳能卫星的概念是美国科学家彼德·格拉泽于１９６８年提出来的。２０世纪７０年代美国能源部和航空航天局进行了深入的研究，并把利用太阳能与航天技术有机地结合起来。随后，由于各种原因，这一研究工作停顿下来。近年来由于人们对温室效应气体和气候变暖问题的忧虑，以及全世界对能源需求的增长和在太阳能利用及航天技术研究的长足进展，美国航空航天局投入巨资，在许多企业的大力配合下，重新启动这一研究工作。

　　研究结果表明，一颗太阳能卫星可以提供数兆瓦的电能。这种卫星配有太阳能吸收塔，其外形像一根长柱，四周装有太阳能收集器。现在人们正在研究一种不需要太空运载器，可以通过现有的火箭把太阳能吸收塔直接送入太空轨道的技术。

　　解决太阳能的收集问题后，下一步工作是向地球传输太阳能。此项试验正在地球上进行。科学家们认为，收集到的太阳能可通过磁控管变成微波，经特种传输“通道”把太阳能直接传送到地球表面。这项试验工作现在在印度洋岛屿留尼汪岛上进行。与此同时，美航空航天局也在研究把来自太空的太阳能转变为电力并输入墨西哥韦拉克鲁斯市的电力供应网。

　　俄罗斯航天机构下属的能源科技生产公司目前正在试验“阳光反射镜”。这种反射镜可以将阳光反射到地球上，以便延长农业耕作区的日照时间，也可为北部城市提供照明。１９９８年２月，该公司试图利用“进步”火箭在太空展开一面直径为８２英尺的太阳能反射镜，但因金属箔制成的镜子未能张开而告失败。能源科技生产公司的高级顾问杰弗里·曼弗说：“我们将总结失败的经验和教训，继续研究，同时还将开展其他商业的太空应用研究。”

　　研究实践表明，微波和反射镜并不是把太阳能传输到地球表面的惟一手段。美国航空航天局的科学家贝基正在探索研制一条长达３．５２万公里的太阳能传输“线路”的可能性。从本质上说，这条线路是地球与位于地球同步轨道的太阳能卫星之间的连接“通道”。这条通道看上去就像一根柱子，一直延伸到遥远的太空。贝基说，通道的管径为１／４英寸，由一种被称为“巴基管”的碳纤维材料制成。这种材料的重量比钢轻得多，但其硬度超过钻石。这种纤维目前仅在实验室中进行小批量生产。科学家估计，实现这种纤维的规模生产尚需１０～１５年。

　　热聚变和冷聚变

　　某些预言家和科学家把希望寄托在核能上。利用核裂变反应堆获得电力的方法往往产生大量的放射性废物。这种废物的处置是个棘手问题，而且铀的地质储量也有限。目前正在加速研究能变反应堆。尽管聚变材料氘和氚极为丰富，但由于氘与氚发生核反应时，在反应堆中形成了非常强大的中子辐射，从而引起感生放射性，它虽不像铀裂变产物放射性污染那么严重，但仍有放射性废物的处理问题。为了不产生放出中子的轻原子核反应链，为了尽量降低废物的放射性强度，科学家们提出了两种新思路：

　　一是改变核聚变材料。不用氘和氚，改用氦－３（氦的同位素）和氘。核科学家认为，建立使用“氦－３”和氘的热核反应堆可以避免中子辐射问题，这就意味着没有放射性废物产生。专家分析，存在地球上的“氦－３”储量不大，无法满足能源需求。据登上月球的美国宇航员获得的资料表明，月球上具有足够的“氦－３”。它存在于月球表面的尘埃中，多达百万吨以上。俄罗斯库尔恰托夫研究所首席专家尤里·斯米尔诺夫说，月球上的“氦－３”储量足够人类使用１０００年。现在，科学家们对从月球上获取“氦－３”来解决能源问题的方案进行了经济上的论证，用这种方法获取的每度电的成本可以与现有的方法竞争。利用“氦－３”作为聚变材料的反应堆，目前尚未发现在技术上存在无法克服的困难。科学家计划发射太空飞行器到月球表面收集尘埃，从中分离出“氦－３”，然后将其变成液态后带回地球。

　　二是开发冷聚变技术。与热聚变的反应相比，冷聚变具有低能核反应特点。冷聚变可用“氦－３”等作为燃料。一些科学家相信，冷聚变将会成为一种取之不尽的廉价能源。虽然美国犹他州大学的物理学家庞斯博士和弗莱曼博士在１９８９年宣布的冷聚变研究成果未能得到科学界的认可，但是美国伊利诺伊大学核物理教授乔治·米利说，他正在利用一种他认为比庞斯博士等人使用的手段还要奇异的冷聚变方法产生可以测量到的能量。他是用钯、镍、钛和从氢气中提取的质子混合到一起，实现了“低能核反应”。

　　海底甲烷

　　甲烷被誉为未来的燃料，很可能是２１世纪为人类提供电力的一种新能源。科学家预计，全世界的甲烷储量是石油和煤炭及其他矿物燃料储量的２倍。甲烷气体的丰富储量是近几年发现的。在深海压力和低温条件下，甲烷是以水合物形态存在的。甲烷是一种碳氢化合物，燃烧后产生较少废弃物。１立方米的甲烷水合物可以释放出１６４立方米的甲烷气体。近年来，已发现３０多处储量很大的甲烷气体矿床，其中大多数位于深海海底，在西伯利亚和阿拉斯加的永久冻土地区也偶有发现。

　　埋藏在深海海底的甲烷开采难度较大，但工程师们认为，开采特别粘稠石油的新技术——蒸汽注入法适用于开采深海海底甲烷。科学家警告说，深海甲烷是一种“危险”的燃料，它是对环境破坏作用最大的温室效应气体之一。