現(xiàn)在人類應(yīng)當(dāng)重新認(rèn)識(shí)和定位金屬顆粒是能源,確定其在能源組成中應(yīng)有的重要位置。
當(dāng)下,應(yīng)當(dāng)在風(fēng)能利用已經(jīng)取得成功的基礎(chǔ)上,抓緊時(shí)機(jī)乘勝前進(jìn),使風(fēng)能率先成為能源的重要組成,也為其他可再生能源擴(kuò)大應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。具體途徑是:(1)生產(chǎn)大量符合要求的風(fēng)能載能體——微納米金屬顆粒(粉):原料元素選擇的標(biāo)準(zhǔn)是,微納米金屬元素作為燃料,必須能夠與氧反應(yīng),有足夠的能量密度,無毒、無放射性或其他危險(xiǎn)元素,無二氧化碳排放。經(jīng)過認(rèn)真研究,初步篩選出鐵、鋁、鎂、硅、鈦、硼、鋅七種材料。其中,鐵、鋁、硅儲(chǔ)量豐富,價(jià)格也比較便宜( 以下以鐵粉為例)。在冶金文獻(xiàn)中, 硅、硼與硒、碲、砷五種元素均被列為“半金屬”類, 其物理化學(xué)性質(zhì)介于金屬與非金屬之間。有單位鑒于硅儲(chǔ)量大、價(jià)格低,硼能量密度高,也在對(duì)將其作為能源的可行性進(jìn)行研究;但由于目前需要用稀有和昂貴產(chǎn)品作為還原劑,相關(guān)研究還在進(jìn)一步推進(jìn)中。其實(shí),隨著技術(shù)的進(jìn)步,今后可能有更多種元素進(jìn)入人們的視野。用金屬顆粒作為燃料并非始于今日,很久之前就有的煙火,以及近代航天器的助推火箭,都是以金屬顆粒為燃料。但由于其使用的局限性(如用于火箭燃料,金屬顆粒不與空氣中的氧氣接觸,必須帶氧化劑),把金屬顆粒作為能源,實(shí)際上被人們嚴(yán)重忽視,至今只有極少單位進(jìn)行研究,更談不上大量使用。需要大聲疾呼的是:現(xiàn)在人類應(yīng)當(dāng)重新認(rèn)識(shí)和定位金屬顆粒是能源,確定其在能源組成中應(yīng)有的重要位置。物質(zhì)達(dá)到納米級(jí)大小(10-9米),其聲、光、電、熱、磁等特性有很大變化。與大塊金屬相比,微納米金屬顆粒具有很高的比表面積,這就為其點(diǎn)燃和燃燒產(chǎn)生穩(wěn)定火焰創(chuàng)造了條件。研究實(shí)驗(yàn)表明,一種好的方法是直接在空氣中燃燒:通過對(duì)金屬顆粒尺寸的選擇,控制金屬粉與空氣的混合比、混合物預(yù)熱溫度、湍流強(qiáng)度等手段,可獲得所需要的點(diǎn)燃溫度、燃燒速度、燃燒溫度、火焰層厚度等,從而實(shí)現(xiàn)金屬粉與空氣直接燃燒,達(dá)到熱機(jī)要求的功率、效率、穩(wěn)定性、排放標(biāo)準(zhǔn)。金屬顆粒的能量密度,與汽油、柴油相當(dāng),比現(xiàn)在遍及全球、到處運(yùn)輸?shù)拿、油、壓縮或液化天然氣還高,完全能夠滿足熱機(jī)循環(huán)的要求。它應(yīng)作為多種熱力機(jī)械的新一代理想燃料。其燃燒產(chǎn)物,從煙囪中排出的是氮?dú)猓葲]有二氧化硫、氮氧化物(通過燃燒控制)等有害氣體,更沒有二氧化碳,完全不用安裝現(xiàn)有發(fā)電廠中不可少的脫硫、脫硝環(huán)保裝置,更不需要對(duì)二氧化碳進(jìn)行收集、吸收和儲(chǔ)存埋放。燃燒產(chǎn)物的固體部分,乃是固體顆粒氧化物(如用鐵粉為燃料,即為氧化鐵粒)。另一種方法是,金屬燃料與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和熱量。氫氣用于內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)或燃料電池,但由于這種反應(yīng)產(chǎn)生的溫度和壓力低(500度絕對(duì)溫度,20個(gè)大氣壓),不適合重型車輛和大設(shè)備。現(xiàn)在,上述技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)被證明是可行的,最亟需解決的是,加緊研發(fā)使用這種燃料的熱機(jī)。
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