第一節 雪也能用來發電嗎
大家知道，積雪的溫度是0℃以下，因此雪中蘊藏著巨大的冷能。科學家提出利用積雪發電的大膽設想。它的工作原理是，將蒸發器放在地麵上，將凝縮器放在高山上，並以雪冷卻凝縮器，再用兩根管子將它們連接在一起，然後抽出管內空氣，用地下熱水使低沸點的氟利昂氣化，由於氟利昂的沸點很低，加上管內被抽空，所以地下熱水加熱它就沸騰起來，變成氣體快速向管子的上端跑去，衝擊汽輪機旋轉，從而帶動發電機發電。試驗證明，1噸雪可把2～4噸氟利昂送上蓄液器。可見雪的發電本領是十分驚人的。
第二節 自然冷能有什麼用途
1.“無能耗”冷藏。指利用自然冷能作為能源降溫的冷藏庫。如果采取人為措施，冬季強迫土中熱量向大氣中散發，同時減少逆向傳回地下的熱量，使土層充分降溫凍結就形成冷藏庫。在夏季高溫時，庫內溫度仍可以保持在0℃附近。
2.塑料大棚調溫。目前，塑料大棚已廣泛應用於我國農業生產。在西北地區，太陽光能豐富，但冬季晝夜溫差大，對棚內的農作物生長有一定影響。如果利用蓄能體大地，在溫度高時將部分熱吸收並貯存起來，當溫度下降時釋放出這部分能量，既可防止溫度過低或過高，有效保持溫室內溫度，又可節約能源，使塑料大棚增產。
3.工業餘熱回收。工業餘熱是常見的低品位熱能，一般排放於大氣環境中，工業餘熱利用中的很大一部分仍然屬於自然冷能的利用範疇。在工業方麵經常利用熱管換熱器對工業餘熱進行回收，這種換熱器結構簡單運行穩定，壽命長而且管理簡單，進行氣-氣或氣-液換熱時，效率高、技術經濟性能往往優於其他換熱器。除了能在小溫差下傳遞大熱量外，還能實現遠距離傳熱，所以在很多場合，常規換熱器無法代替。將其用於鍋爐及爐窯餘熱回收，可以明顯節能降耗，近年來迅速得到廣泛應用。
4.永久性有害毒物保存庫。存放核廢料需要極厚的屏蔽層。如果利用鋼筋混凝土，要求厚度很大，因此造價高，而且對於長期成千上萬年保存而言，也並不安全。大量的汙染物洗滌廢液或放射性鹽溶液等，如果與土混合凍結，形成固態物，可以有效避免汙染擴散，是廉價的貯存方法。土凍結後，水分遷移能力降至最低，隔水、密封性明顯增強，強度也大幅增加。凍土抗衝擊荷載的能力強，因此抗地震能力極高。在外力作用下，由於凍土具有流變性，所以能自動調整應力，維持結構狀態，適合永久性保存半衰期很長的放射性廢物等。為保證凍土貯存庫的安全，必須及時用熱管將凍土中的熱量散發。由於熱管具有密閉性，可以隻和大氣發生熱交換，而管內物質不與管外直接接觸，所以能有效防止放射性泄露。
第三節 自然冷能用於鹹水淡化有哪些優勢
苦鹹水礦化度高，難以利用。但隻要太陽能豐富，白晝氣溫高，晚間氣溫低，就可以利用自然冷能進行苦鹹水淡化。
例如，沙漠地帶往往有豐富的苦鹹水，在沙丘中修建類似上述無能耗冷藏庫的大型冷凝器，以沙作蓄能物質，夜間低溫期蓄存冷能。白天利用太陽的輻射熱及高氣溫使苦鹹水蒸發，將水蒸氣引入冷凝器中，就能得到蒸餾水。隨水蒸氣凝結放熱，冷凝器周圍的沙也不斷升溫，出水率逐漸減少，直至停止生成蒸餾水。夜間氣溫降低後，熱管開始工作，重新又將冷凝器周圍沙中熱量傳出散往大氣。於是冷凝器重新又具備冷凝水蒸氣的能力，上述過程在第二天又將重新開始。如此周而複始，連續不斷，可以實現“無能耗”提純苦鹹水。
第四節 矽也能作為能源嗎
矽的數量無限，同碳一樣，矽也與氧氣一起“燃燒”。但是地球上實際存在的矽數量無限，除了氧氣之外，矽是地球表層最常見的元素，因為普通沙粒裏都有矽。矽作為產生能量的物質，甚至可能比石油和煤還多。
與碳不同，矽也可以同氮一起燃燒。在大自然裏沒有純矽，它都是以化學方式結合的，大多與氧化合。二氧化矽與通常的石英沙和石英岩沒有什麼不同，地殼的3/4是由這種物質組成的。地球表層二氧化矽多的原因很簡單，幾乎沒有其他化學化合物像矽和氧的化合來的能源那麼堅固。因此，要把這兩種元素分開需要很多能量。但是為把這兩種元素分開所需的能量不會丟失，矽裏蘊藏著能量。純矽將成為一種帶有與碳相同的能源密度的電池，一磅矽產生的能量與一磅碳產生的能量大致相當。隨時都可以通過使矽與氧或者氮一起“燃燒”的方式，使矽中所含有的化學能量重新釋放出來。矽在開辟一種不受時間限製地貯存能源和安全地運送能源的新方法。
第五節 矽作為新能源有哪些優勢
矽燃燒時不產生廢氣。如果矽與氧結合，矽會還原，變成無害的沙子。但如今在獲取這種金屬時，還需要煤作為反應夥伴。因此，在獲取矽時也會產生二氧化碳。根據最新的看法，可以使固體二氧化碳轉變為甲醇，甲醇是可能的汽油替代物。從中期來看，找到不排放二氧化碳的解決辦法是可以想象的：通過生物技術方式或者借助電解。
從安全的角度來說，矽是最佳的燃料。例如與鈾燃料棒不同，矽在運輸時不需要安全容器，也不像氫那樣需要高壓油箱。這種能源物質可以簡單地用卡車裝運。在運送矽時，駕駛員甚至可以吸煙。用燃燒著的煙不能點燃碎矽片，甚至用切割燃嘴也不能點燃碎矽片。運輸矽的船隻沉沒後，不會像油船那樣發生環境災難。在船隻破損時，運載的矽會簡單地下沉，然後隨時間的推移在海底重新轉變成沙子。
但是，應該先發展燃燒矽的發電廠。矽的大多數能量將在與純氧一起燃燒時釋放出來。盡管如此，我們仍更多地寄希望於矽與氮的反應。因為在與氮反應時，除了熱量之外還會產生一係列很有經濟價值的產品。從經濟角度看，我們可以借助氮使沙子變成金子。反應堆的“灰燼”成分除了砂子之外主要是矽氮化物。矽氮化物無毒，可用於製造非常堅硬和如今非常昂貴的瓷器。工業上需要這種物質作為其他材料的塗層，使它們不怕刮、不怕潮濕、不怕火或酸。此外，可以毫無問題地使矽氮化物變成生產氮化肥的基本原料氨。這將為生產這種植物養料開辟一條全新的道路。
第六節 人類能利用月球上的新能源嗎
開發利用月球土壤中的氦-3將是解決人類能源危機的極具潛力的途徑之一。從20世紀90年代開始，包括中國、以色列、日本、印度等國家在內，人類掀起了新一輪的探月高潮。在這次探月高潮中氦-3成為世人共同的目標。但是月球氦-3的形成和分布特征、貯量和應用仍是月球科學研究中亟待解決的問題。隻有通過大量的探測和重返月球野外實地考察，才能獲得較為滿意的回答。
月球表麵的土壤是由岩石碎屑、粉末、角礫岩、玻璃珠組成，其結構鬆散且相當軟。月海區的土壤一般厚4～5米，高地的土壤較厚，但也不過10米。月球土壤的粒度變化範圍很寬，大的幾厘米，小的隻有一毫米或數十微米。這些細土一般稱為月塵。月球土壤中大部分是細小的角礫岩及玻璃珠，約占70％左右，小顆粒狀玄武岩及輝長岩約占13％。惰性氣體在月球玄武岩和高地角礫岩中含量極低，大氣中就更低，幾乎為零。然而月壤和角礫岩中氫氣元素則相當豐富，這是由於太陽風的注入。太陽風實際上是太陽不斷向外噴射出的穩定的粒子流。
1965年，維那3號火箭對太陽風的化學組成進行了直接測定，結果顯示太陽風粒子主要是由氫離子組成的，其次是氦離子。由於外來物體對月球表麵撞擊，使月壤物質混雜，在深達數十米的範圍內存在著這些氫氣元素。太陽離子注入物體暴露表麵的深度，通常小於0.2微米。因此這些元素在月壤最細顆粒中含量最高，大部分注入氣體的粒子堆積黏合成月壤角礫岩或黏聚在玻璃珠的內部。氦大部分集中在小於50微米的富含鈦鐵礦的月壤中，估計整個月球可提供71.5萬噸氦-3。這些氦-3所能產生的電能，相當於1985年美國發電量的4萬倍，考慮到月壤的開采、排氣、同位索分離和運回地球的成本，氦-3的能源償還比估計可達250。這個償還比和鈾-235（生產核燃料，償還比約20）及地球上煤礦開采（償還比約16）相比，是相當有利的。此外，從月壤中提取1噸氦-3還可以得到約6300噸的氫、70噸的氮和1600噸的碳。這些副產品對維持月球永久基地來說也是必需的。俄羅斯科學家加利莫夫認為，每年人類隻需發射2～3艘載重10噸的宇宙飛船，即可從月球上運回大量氦-3，供全人類作為替代能源使用1年，而它的運輸費用隻相當於目前核能發電的幾十分之一。據加利莫夫介紹，如果人類目前就開始著手實施從月球開采氦-3的計劃，大約30～40年後，人類將實現月球氦-3的實地開采並將其運回地麵，該計劃總的費用將在2500萬～3000萬美元之間。
第七節 沼氣的性質
人們經常看見湖泊、池塘、沼澤裏，一串串大大小小的氣泡從水底的汙泥中冒出來。如果有意識地用一根棍子攪動池底的汙泥，用玻璃瓶收集逸出的氣體，那麼就可以做一個有趣的化學小實驗了。將點燃的火柴很快接近瓶口，瓶口立即升起一股淡藍色的火焰。再將一個廣口瓶罩在火焰上，待一會兒就拿下來，於是你觀察這個廣口瓶壁上附有小水珠。如果再將石灰水倒入廣口瓶裏，石灰水就會變得渾濁起來。
這個實驗反應，說明了兩個問題。1.從湖沼中收集來的氣體，是可以燃燒的氣體；2.這種氣體燃燒時生成水和二氧化碳，所以氣體成分中一定含有氫（H）和碳（C）。
實際上，人和動物的糞便、動植物的遺體、工業和農業的有機物廢渣、廢液等，在一定溫度、濕度、酸度和缺氧的條件下，經過微生物發酵作用，可以產生可燃氣體。因為這種氣體最先是在沼澤、池塘中發現的，所以人們稱它為“沼氣”。
化學分析結果表明，沼氣的化學成分比較複雜，一般以甲烷（CH4）為主，含量為60％～70％；其次是二氧化碳（CO2），含量為30％.～35％；還有少量的氫氣（H2）、氮氣（N2）、硫化氫氣（H2S）、水蒸氣（H2O）、一氧化碳（CO）和少量高級的碳氫化合物。但值得注意的是，最近幾年有人從沼氣中發現有少量（約萬分之幾）的磷化氫（H3P）氣體，這是一種劇毒氣體，它也許是沼氣中毒的重要原因之一。
沼氣的主要成分是甲烷，它在常溫下是一種無色、無嗅、無味、無毒的氣體。但沼氣中的其他成分，如硫化氫卻有臭蒜味或臭雞蛋味，而且還有毒。甲烷是一種比空氣輕的氣體，密度是0.717克/升，甲烷在水中的溶解度很低，因此可以用水封的容器來儲存。在常溫下甲烷為氣態。甲烷是一種簡單的有機化合物，是良好的氣體燃料。甲烷在燃燒時產生淡藍色的火焰，並放出大量熱量。在標準的狀態下，1立方米純甲烷的發熱值為39292焦耳，1立方米沼氣的發熱值為2132～27170焦耳。當空氣中混有5.3％（濃度下限）至15.4％（濃度上限）的甲烷時，點燃時能爆炸。沼氣機就是利用這個原理推動汽缸內的活塞做功的。
甲烷的化學性質非常穩定，在正常的狀態下，甲烷對酸、堿、氧化劑等物質都不發生反應，但容易跟氯氣（Cl2）反應，生成各種氯的衍生物，如一氯甲烷（CH3Cl）、二氯甲烷（CH2Cl2）等，把甲烷加熱到1000℃以上，它就會分解為碳和氫。
第八節 製造沼氣需要哪些原料
製造沼氣的原料都是些有機物質，例如人畜的糞便、秸稈、雜草、工農業有機廢物和汙泥等。實踐證明，作物秸稈、幹草等原料，產氣緩慢，但比較持久；人畜糞水、青草等，產氣快，但不能持久。所以把二者合理搭配，可以達到產氣快而且持久的目的。
在實際製取沼氣的過程中，適量投料很重要，正規生產沼氣時必須按規定的原料每噸幹物質生產沼氣量和甲烷含量，來合理投放原料，如果原料投放少了，則不能充分發揮發酵池的功能；如果原料投放多了，則不能使原料充分發酵，產沼氣量也少，浪費了原料。所以投放多少原料，必須經過公式計算，科學地投放。
原料中所含的碳和氮必須保持適當的比例，因為碳是生成二氧化碳和甲烷所必需的化學成分，氮是菌體生長所必需的養分，所以在配料入池時要使發酵原料中所含的碳和氮保持適當比例，給沼氣細菌提供充足的碳素營養和氮素營養，使其生長繁殖旺盛，以使沼氣池產氣又多又快，持續時間長。試驗表明，發酵原料的碳氮比在（25～30）∶1時產氣效果最好；碳氮比在（6～30）∶1時，仍是合適的，最高不能超過40∶1。這裏碳氮比例可以測量出來，如何達到這樣的比例，也有專門的公式來計算。
其次，原料中所含的阻害物不能超過抑製濃度。在發酵原料中往往有些成分對發酵有阻礙作用，所以稱為阻害物。當原料中的阻害物超過抑製濃度時，將使發酵不能順利進行，需要在發酵前除去阻害物或稀釋到抑製濃度以下。阻害物有硫酸根、氯化鈉、硝酸鹽、銅離子、鉻離子、鎳離子、合成洗滌劑、氨離子、鈉離子、鉀離子、鈣離子、鎂離子等。
第九節 人工怎樣製取沼氣
沼氣可以人工製取。把有機物質，如人畜糞便、動植物遺體、工農業有機物廢渣、廢液等投入沼氣發酵池中，經過多種微生物（統稱沼氣細菌）的作用，就可以獲得沼氣。沼氣細菌分解有機物產生沼氣的過程，叫作沼氣發酵。
研究微生物產生沼氣已有一百多年的曆史。早在1866年，勃加姆波首先指出甲烷的形成是一種微生物學的過程。以後，經過許多科學家的研究，逐步建立起厭氧發酵製取沼氣的工藝。
沼氣微生物（產甲烷菌群）廣泛存在於自然界中，例如湖泊、沼澤的底層汙泥中，有機物質經沼氣微生物的發酵作用而產生出可燃氣體，自水中冒出來。有些反芻動物的胃裏（如牛胃），有時也有沼氣發生。人們建造的沼氣發生器，就叫“沼氣池”。沼氣池中通常填入人畜糞便、秸稈和雜草等有機物質，在密閉缺氧的情況下進行發酵，產生沼氣。在這種發酵池中產生沼氣，是由多種微生物共同完成的。
可以說沼氣發酵是多種微生物參與的混合發酵。目前已知的參與沼氣發酵的微生物大約有二十多屬，100多種，包括細菌、真菌、原生動物等微生物類群，大體上可分為分解細菌、產酸細菌、產氫細菌、甲烷細菌等幾類。產甲烷的甲烷細菌現在已知的也有13種二十多個菌株。
除甲烷菌外，還有纖維素分解菌、半纖維素分解菌、蛋白質分解菌、脂肪分解菌和乙酸菌等。其中，纖維素菌能產生一種溶解纖維素的生物催化劑——纖維素酶，它能把秸稈中數量巨大的纖維素變成葡萄糖。蛋白質分解菌專門使蛋白質分解成氨基酸。乙酸菌專門生成乙酸、氫和二氧化碳。這些不同的細菌都能直接或間接地為甲烷菌提供養分，從而促進甲烷生成。
在沼氣池中的各種微生物之間，既有相互對抗的一麵，如爭奪食物等；也有互相協調一致的一麵，如一種微生物的代謝產物，是另一種微生物的食物。表現出既對抗又統一的矛盾，正是這樣的矛盾過程使各種有機物質最終轉化為沼氣。如果沼氣池中隻有甲烷細菌，而沒有纖維素分解細菌、蛋白質分解菌、果膠分解菌等其他種類的微生物，那麼甲烷細菌也就無法生存。因為甲烷細菌所需的各種物質，如有機酸、醇、氫、二氧化碳等低分子的化合物，正是眾多的微生物分解大分子化合物後為它提供的。這些微生物在分解代謝中產生的大量還原性物質，如硫化氫、一氧化碳、氫等，為甲烷細菌創造了極為嚴格的厭氧環境。