六、能源科學
76．燃料電池汽車——未來汽車生力軍
能源危機呼喚新能源
日常生活中，我們出行乘坐的交通工具、工作時的工廠企業都需要能源的支持。我們吃的食物、穿的衣服等等所有的一切也都是以能源為基礎的。能源對我們是如此地重要，不敢想象沒有能源，人類社會如何生存。
可是長期以來，我們使用能源的方式都是一種短期行為，很多能源都沒有得到徹底地開發利用。近年來，隨著工業水平的進步，各地能源已經顯現出短缺的危機了。如果我們不改變這種使用能源的現狀的話，那麼總有一夭，地球能源將被耗盡。更為嚴重的是，這種使用能源的方式還嚴重地破壞了我們的生存環境。
舉例來說，道路是我們生活城市的重要組成部分，它就是運送人和貨物的動脈。但同時，道路上那川流不息的交通工具也是導致氣候惡化、環境汙染的最重要的因素。據調查，城市裏每年都有很多人因長期吸入汽車尾氣而喪生。
如果我們不改變汽車所使用的能源的話，恐怕用不了多久，我們就將不得不停止使用汽車了。但隻要人類存在，交通就不可能停止，所以我們必須尋找汽油以外的新能源。
向太空要能源
隨著太空科學的突飛猛進，有人發出了這樣的疑問：能否利用太空能源使運輸變得更清潔、更安靜乃至更便宜呢？科學家正在嚐試用火箭的燃料電池來充當未來汽車的動力。
燃料電池是一種不用經過燃燒，將燃料的化學能直接轉換成電能的裝置。它的工作原理和電解很相似，這類知識我們其實在中學裏就已經學過了。先在一杯水裏放入陰極和陽極，然後通電，水中就會產生氫氣和氧氣。但如果你把試驗反過來做，你就會得到水和電。這就是燃料電池的工作原理：用氫氣和氧氣得到電和水。
氫氣中沒有碳，因此能達到零排放。如果你讓碳燃燒的話，就會產生二氧化碳。二氧化碳加進可口可樂中是不錯的，能給你帶來美妙的感受。但如果釋放到大氣中，它就成了破壞環境的凶手，因為它是一種溫室氣體，是造成全球變暖的罪魁禍首之一。
以氫為能源的燃料電池的使用除了可避免汙染之外，還有其他很多可圈可點的優點。首先原料的來源廣，氧氣就不必說了，氫氣是地球上僅次於氧的最豐富的元素，主要以化合物的形式存在於水中，可以通過風能、太陽能、原子能等其他各種能源形式電解水獲得，也可以從石油、煤、天然氣以及其他非石油基燃料中獲取；其次單位重量的氫釋放的熱能比任何碳氫燃料都高，約為化石燃料的3倍；再次，氫能源的使用效率高，比常規的石化燃料的熱效率高10％一15％，且無汙染。
從理論走向實戰
事實上，這種先進的發電技術原理，早在19世紀就發明了。1839年，英國科學家威廉·格羅夫設計了世界上第一座燃料電池裝置，稱為“無損耗電池”。可惜距離實際應用太遠，這位天才發明家的“超時代夢想”隻能被束之高閣了。
20世紀，弗朗西斯·培根將夢想變成了現實，燃料電池重見天日。美國航空航天局應用了他的研究成果，又研製出了太空燃料電池。1969年，燃料電池首次登台亮相就非同凡響。它隨同阿波羅登月飛船一起去太空旅行了一遭，成為世人注目的一顆耀眼的“明星”。你知道嗎？在這趟長達8天的登月旅行中，3位宇航員的生活用水都是由燃料電池提供的合成水。
燃料電池的無汙染未來
如今，科學家們正在嚐試將這種太空旅行歸來的電池用作貨車動力。或許，用不了兩三年的時間，我們就能看到第一批燃料電池汽車在城市裏穿梭了。那時人們再也不用擔心汽車尾氣的問題了。
據預測，如果倫敦、紐約或巴黎的出租車都換上燃料電池的話，這些城市的汙染就會減少25％。而且，這種能源的成本僅相當於汽油或柴油這類燃料的1/3。另外，科學家們還在研究怎樣改進現有的公交車。這並不是什麼難事。他們覺得，隻要用翻新的錢就足以使它們成為清潔、高效的公交汽車了。作為一種現代能源，燃料電池技術將在不久的將來被廣泛應用於各個領域。
另外，燃料電池不但會是很好的汽車動力，而且還會被用於工業發電和輪船運輸。齋特克公司是這個領域的先鋒，最近，他們已經改造了一輛倫敦出租車，將它的柴油發動機換成了燃料電池。他們還準備將燃料電池應用於各種領域。
77．石油，你從哪裏來？
認識寶物
不知你注意沒有，在我們的日常生活中，有一個身影始終不離左右。它就是石油。
我們平時的日常生活中到處都可以見到石油或其附屬品的身影，比如汽油、柴油、煤油、潤滑油、瀝青、塑料、纖維等還有很多！這些都是從石油中提煉出來的；而我們日常所用的天然氣（液化氣）是從專門的氣田中產出的！通過輸氣管道和氣站再輸送到各家各戶的。
石油又稱原油，從地下深處開采的棕黑色可燃粘稠液體。國外稱石油為“魔鬼的汗珠”、“發光的水”等，中國稱“石脂水”、“猛火油”、“石漆”等，從這些名字當中我們不難看出作為一種能源，石油對於人類生活的重要性。
那麼具有這麼巨大利用價值的石油其成分是怎樣的呢？它是古代海洋或湖泊中的生物經過漫長的演化形成的混合物，主要是各種烷烴、環烷烴、芳香烴的混合物 。
在知道了石油的寶貴利用價值和組成成分之後，石油的身世問題順其自然的成為大家共同的關注點。
新舊論點的碰撞
按照人類以往的研究，人們通常認為石油來自於糜爛的有機物，是由微生物將動植物殘骸分解成的有機物沉積形成的。按現在教科書上的觀點，大多數石油是由埋藏在地下沉積層中的有機物經過幾百萬年在７５～２００攝氏度的溫度下形成的。微生物把某些埋在地下淺層的動植物殘骸分解成有機物，隨著地層深度的增加，溫度和壓力升高，沉積的有機物可以發生化學反應，這樣有機物逐漸裂解產生碳氫化合物。
但最近一個有關石油來源的新理論卻顛覆了這種傳統看法，引發了廣泛的爭議。依照這個新理論，所有的石油都是從古老的岩石中生成的，而並非通常認為的埋藏在地下的死亡動物或者植物等有機體在壓力和熱的作用下分解轉化而成。
新論點引發爭議
根據這一理論，是從岩層斷裂處釋放出的地熱，使埋藏於地底100公裏深處的碳化無機物和水在高溫高壓作用下產生了碳氫化合物，所有的石油都是通過這種方式形成的，而且現在還有大量的礦點未被發掘。
目前普遍認同的理論是，埋藏在地下的遠古時代未被細菌分解的有機物在一定溫度、壓力條件下，經過幾百萬年的演變，形成了可供開采的石油。微生物將地表以下的有機物轉化為碳氫化合物，剩下的埋藏在深層地底的有機物則在溫度和壓力下經過分解及複雜的化學反應生成石油。通常具有商業價值的油田都位於地表以下500米－700米深處，最深的油井在約6公裏深的地底。而10公裏以下的更深處則根本不會有石油或天然氣。
新理論則認為，淺層地表形成的低壓條件更容易產生甲烷，而不是較重的碳氫化合物。提出新理論的科學家在實驗室中將氧化鐵、卵石和水加熱至900攝氏度高溫時得到重碳氫化合物。據此他認為，穩定的石油隻有在30000個大氣壓條件下，也就是100公裏以下的地底才能形成。化學家們並不否認這些實驗結果，石油地質學家承認有些石油是以這種方式形成的。但對於“石油不可能由淺層岩石中的有機物形成”這一論斷，地理學家則堅決反對。
揭開身世之謎仍需時日
總之，目前就石油的成因有兩種說法：①無機論 即石油是在基性岩漿中形成的；②有機論 既各種有機物如動物、植物、特別是低等的動植物，像藻類、細菌、蚌殼、魚類等死後埋藏在不斷下沉缺氧的海灣、潟湖、三角洲、湖泊等地，經過許多物理化學作用，最後逐漸形成為石油。
科學家關於石油形成的新理論也許還需要進一步探索。不過即使這個有關深層石油的形成理論隻有部分正確，也可能為石油勘查工作打開一扇新的探索之門。我們期待著科學盡快給我們解答，讓我們看清石油的來龍去脈，指導我們更好地利用石油資源。
78．花一樣錢辦兩樣事的新型空調器
工作原理
空調是空氣調節的簡稱，是一種人為的氣候調節裝置，它可以對房間進行降溫、減濕、加熱、加濕、通風、淨化等調節過程，利用它可以調節室內的溫度、濕度、氣流速度、潔淨度等參數指標，從而使人們獲得新鮮而舒適的空氣環境。有了它，人們不再擔心氣溫的過高過低會給身體帶來不適。無論是炎熱的夏季，還是寒冷的冬季，它都能保證人們在一個舒適的環境裏工作和生活。這無疑是一項提升現代人生活舒適度的發明。那麼，有著控溫神通的空調器是怎樣開展工作的呢？
空調器是由壓縮機、冷凝器、蒸發器、毛細管、節流閥等部件構成的，它們通過管、道連接形成一個封閉的係統，係統中充注著製冷劑R22（氟利昂22）。
使用空調製冷的時候，壓縮機將氣態的氟利昂壓縮為高溫高壓的氣態氟利昂，然後送到冷凝器（室外機）散熱後成為常溫高壓的液態氟利昂，這時，室外機吹出熱風。然後到毛細管，進入蒸發器（室內機），由於氟利昂從毛細管到達蒸發器後空間突然增大，壓力減小，液態的氟利昂就會汽化，變成氣態低溫的氟利昂，從而吸收大量的熱量，蒸發器就會變冷，室內機的風扇將室內的空氣從蒸發器中吹過，所以室內機吹出來的就是冷風；空氣中的水蒸汽遇到冷的蒸發器後就會凝結成水滴，順著水管流出去，這就是空調會出水的原因。
製熱的時候有一個叫四通閥的部件，使氟利昂在冷凝器與蒸發器的流動方向與製冷時相反，所以製熱的時候室外吹的是冷風，室內機吹的是熱風。
新型空調麵世
科技進步，產品自然升級。最近幾年，一種新型空調器——空氣鍋爐經過科學家們的研究終於成功問世了。
根據專家介紹，這是一個通過一係列高技術手段和方法，實現從空氣、地熱、太陽能、工業廢熱水、工業廢熱氣中能量的利用，可以提供冷源、熱源及熱水的新一代熱泵式空調產品。它集新型鍋爐和新型空調器於一體，有著優越的節能效果和顯著的經濟效益。
那麼，這麼優秀的新產品有著怎樣的實際應用性呢？舉例來說，城市裏，賓館不能不安裝空調，更不能沒有供應熱水的鍋爐。空氣鍋爐將這兩者的功能集為一體，花一份錢辦兩份事。放到農村來說，那裏有日益擴大規模的大棚蔬菜種植。反季節菜生長時需要適宜的溫度，要供暖；存儲時需要低溫，要製冷。空氣鍋爐恰好能滿足這多種溫度之需，在寒冬臘月，還能提供溫度適宜的澆灌用水。
實用性具備了，可空氣鍋爐的安裝成本又怎樣呢？專家介紹說，那些已安裝傳統空調的家庭，隻要再掏上新買一部空調25％的價格，安裝上核心部件，就可將其改造成空氣鍋爐，既製冷製暖，又享受熱水。
除了這些，空氣鍋爐還有一個最大技術創新點：除機械傳動部分須用電，整個係統無須用油或天然氣等自然資源，僅利用回收空氣及廢水、廢氣所產生的熱量，就能實現製冷、供暖和供熱水的功能。它意味著輸出同樣的能量，別人用1度電，而空氣鍋爐用0．5度電即可。尤其供熱水不需要消耗其他能量，它是用熱交換的原理從空氣、廢水、廢氣中免費獲得的。普通空調器冬天製暖最高隻能到攝氏20度，室外溫度到攝氏零下10度就不能工作。空氣鍋爐在攝氏零下20度的環境下照樣可同時實現3種工況：製冷、供暖、供熱水。目前這項技術的轉讓還正在醞釀之中。
搶手好貨
據專家預測，這項技術對空調企業將是一個福音。一個已有現成的生產線和銷售網絡的廠家，不用新建廠房，不用再添置設備，隻需花200萬元人民幣，就能獲得空氣鍋爐有關專利和最核心部件的使用權。一個旨在做行業龍頭老大的廠家，投入5000萬元，獨家買斷全套技術和專利，就能壟斷性生產空氣鍋爐，而且還有可能壟斷國際市場。
據說，有家研究所，剛剛采用這項新技術生產出樣機，就接到了來自世界各地的大批訂單。由此可見，空氣鍋爐是有著非常廣闊的市場前景的。
79．雨雪、垃圾——你想不到的發電材料
廢物再利用的能源開發思路
大自然中蘊藏著巨大的能量，人類可以運用越來越強大的科技力量對其進行開發，以滿足人類日益增大的能源需求。出於環保的目的，很多科學家近年來都把研發新能源的目標轉向了廢物利用上麵。21世紀初期以來，就有科學家發現，有一定規模地從雨雪垃圾等廢物身上開發電能，是完全可以實現的。
積雪發電
大家都知道，積雪的溫度是0℃以下，因此雪中蘊藏著一種我們並不知道的能量——冷能。根據冷能這一發現，科學家提出了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，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裏昂（即現代電冰箱所用的製冷物質）氣化，並以雪冷卻凝縮器，由於氟裏昂的沸點很低，加上管內被抽空，所以它就沸騰起來，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，l噸雪可把2－4噸氟裏昂送上蓄液器。可見雪的發電本領是十分驚人的。
雪的資源極其豐富，地球上34％的國家屬多雪地區。我國東北和新疆北部是全國下雪天數最多的地區，每年平均在40天以上，積雪日數在90天以上。積雪發電的問世，將使茫茫雪原變成人類的又一理想的未來發電能源。