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美国科学家把水变成“油”
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    据青年参考报道,一提到水变燃料,稍有化学常识的人就会说,这简直是天方夜谭,并很快地将其同骗局、炒作联系起来。的确,这一违背常理的转化在通常情况下确实不可能完成。但不管你信不信,科学家已经在实验室里将它变成了现实。据英国《自然》杂志网站2月5日报道,美国科学家使用特殊的催化剂,在阳光下将水变成了可燃的甲烷,这让饱受能源枯竭威胁的人类看到了希望。  (www.chinesewings.com)

  新型纳米管把水变成“油” 

    很多年前,水就被认识到是“万物之源”。不用说油,世间万物都被认为是由水转化而成的。公示前6世纪,古希腊哲学家泰利斯发表了“万物第一本原和基本特性是水”的观点。而几乎在同一时期,我国道家学派创始人老子也认为,“水善利万物而不争,故几于道”,意思是说,水离创生万物的“道”已经很近了。 

    在这种玄幻的思想影响下,古今中外一直有“高人”想拥有“水变油”的奇术。但现代科学无情地告诉人们,根据元素守恒定律(化学反应前后元素的种类不会改变),这一转化几无可能。因为水含有氢、氧两种元素,而油的主要成分是碳氢化合物,一些成分较为复杂的原油还含有磷、硫、钾、钠等元素。 

    科学家此次将水变成燃料的相关论文,发表在美国化学学会刊物《纳米快报》上。这一新技术的发明者是宾夕法尼亚州立大学材料工程学教授克雷格·格兰姆斯和同事。他们经过一年半的艰辛努力,终于实现了成功转化,帮助格兰姆斯完成这一转化的是一个小小的二氧化钛纳米管。科学家们用这种纳米管催化水蒸气和二氧化碳,结果得到了甲烷(一种碳氢化合物,是天然气、沼气、煤气等的主要成分)。 

    此前,已有纳米材料专家提出用二氧化钛纳米颗粒做催化剂,成功地将水蒸气转化为碳氢化合物,但反应速度极低,并且只能在紫外光照射下完成。经过无数次失败,格兰姆斯发现利用表面化学(研究各种表面现象实质的科学)反应原理,在水蒸气和二氧化碳的混合气体通过二氧化钛纳米管的同时,通入氮气,另外在纳米管表面覆盖负载有铜和铂的纳米颗粒,反应就变得容易多了——平均每克纳米管能在每小时内产生160微升(微升为升的百万分之一)碳氢化合物,反应速度比之前提高了20倍,可以在可见光下完成。 

    从化学原理上讲,这一反应绝没有违背元素守恒定律。反应物是二氧化碳与水蒸气,最后生成了甲烷和水,反应物和生成物都含有碳、氢、氧元素,催化剂不参与反应。但关于整个反应过程还没完全弄清楚。科学家们现在只知道,当可见光照射在纳米管上时,纳米管释放出高能量的电荷载体,使得水分子分解为氢氧自由基和氢离子。格兰姆斯猜测,二氧化碳可能分解成氧气和一氧化碳,在催化剂作用下与气态氢反应生成甲烷和水。
 
  “链式反应”还不能拯救人类 

    1996年,由基努·里维斯、蕾切尔·薇兹及摩根·弗里曼主演的科幻大片《链式反应》票房大收,离奇的情节、大胆的想象将很多观众吸引进了电影院。影片讲述的是芝加哥大学的一群科学家,发明了一种全新的能源技术,这种技术能够从水里提取出无穷无尽、廉价而环保的燃料。当负责这个项目的科学家打算向外发布新闻时,一群蒙面杀手从天而降,炸毁了整个实验室,水变“油”技术灰飞烟灭。 

    从化学角度来讲,格兰姆斯的实验也是“链式反应”(一种伴随着汽化、热解作用产生自由基而使燃烧继续的化学反应)。它能把人类从资源枯竭的恐惧中拯救出来吗?这恐怕反映了很多人的心声。但目前的答案是:否。 

    从反应条件来看,格兰姆斯的新技术离大规模工业生产还有很大距离。虽然是在可见光下,但反应所需的纳米管和催化剂很昂贵,反应速度远不能达到高转化率、高产出量,还不能实现工业化连续生产。格兰姆斯说,目前催化剂的效率很低,“目前为止,我们还不具备拯救人类的能力。” 

    不过,格兰姆斯对未来的研究很乐观。他向媒体讲述了他的3步计划:第一步是给纳米管安装感应器,让它更好地起到光导作用;第二步,在纳米管的表面更平均地沉淀铜纳米颗粒;第三,使用实惠的太阳能光电板,这样一来,可以更长时间地照明。“结合其他一些改进,转化效率能成倍提高。”瑞士洛桑联邦理工学校的物理化学家迈克尔·格特泽称,这个结果还是基础性研究,目前的主要任务是提高生产效率,实现规模化生产尚需时日。 

  新能源技术何时挑大梁 

    尽管代价颇高,尽管只是前进路上的“一小步”,但格兰姆斯及其团队水变“油”的尝试,还是让人类看到了解决资源困境的希望。自然界在成千上万年里积聚的“老本”(如石油等各种矿产资源),正在一点点走向枯竭,人类必须积极寻找出路。 

    目前正蓬勃发展的新能源是人类的希望所在,新能源一般属可再生能源,其清洁、高效的特点深得人们青睐。目前可能局部取代化石能源的新能源技术,主要有以下几种:地热能、太阳能、风能、潮汐能、核聚变能等。其中太阳能的推广力度最大,产业化也最为成功,太阳能电池、电器已走进了千家万户;地热能、风能、潮汐能在某些地区起到了供能支柱作用;核聚变能目前还处在探索阶段,但前景不可限量。 

    从当前来看,新的能源技术给一些地区取得了极大的成功,如某些发达国家的核能发电量已占到了总用电需求的50%以上。核能分为核裂变能与核聚变能,前者已经被人类用来发电,而裂变堆的核燃料——铀蕴藏极为有限,不仅产生强大辐射伤害人体,放射性核废料的处理也让人头疼。与之相比,核聚变辐射极少,核聚变燃料可以说是取之不尽,用之不竭。核聚变反应燃料是从海水中提炼的氢的同位素氘。每升海水蕴含的氘如果提取出来,发生完全的聚变反应,能释放相当于300升汽油燃烧释放的能量。以此推算,根据目前世界能源消耗水平和海水存量,核聚变能可供人类使用数亿年。核聚变目前的应用仅限于氢弹。
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