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看点:氢气作为火箭的主要燃料,为什么还没有广泛应用到普通大众生活中

时间:2022-07-27 17:31:46    来源:科普中国网    

氢是宇宙中最多的元素,在宇宙大爆炸之后的大约4亿年后,宇宙温度下降,大量的氢原子开始聚集形成恒星,并产生了首次核聚变。


(资料图)

所以现在太阳上,每秒就有将数以亿吨的氢转化为氦气,为太阳提供充足的能量。

从太阳上得到灵感,人类利用的**氢的同位素(氘、氚、氦)**制造了目前世界上杀伤力最强大的武器——氢弹。

尽管氢具有如此恐怖的一面,但它也是我们解决未来能源问题的关键。当氢气以受控方式燃烧时,氢气可以说是最清洁的燃料,因为它只会产生水作为“废物”。

与大多数化石燃料燃烧产生二氧化碳和一系列其他有害气体相比,这简直称不上废物。

目前氢除了作为制造氢弹的原料之外,更多的还是用于火箭的燃料,在高压和-252℃的温度下,氢气会以液态的形式存在,然后只要提供充足的氧气使其燃烧就可以产生巨大的能量将火箭推向天空。

随着科技的进步,氢气的应用也从航空航天领域开始进入到大众生活中,比如作为氢燃料电池。

这种燃料电池不燃烧氢,而是将其转化成电能,因为当氢元素被剥夺了唯一的电子后,就成为了带正电的质子。

在燃料电池的一侧,将氢气分为带正电的质子和带负电的电子,然后质子会移到电池的另一侧,电子则不变,这时与外部电路连接后,会在电池侧面形成电流,从而为电路中的电动机提供动力。

这种氢动力燃料电池在德国已经开始在火车上使用了,由法国TGV制造商阿尔斯通制造的两列蓝色氢动力列车从德国北部的库克斯港运行至布克斯特胡德的城镇,全长约100公里,这段路之前由煤油机车在运行。

此外,一些国际汽车制造商正在开发燃料电池动力汽车。

既然要造汽车,势必要给汽车提供能源,现在的汽车都需要在加油站加油,那么氢动力汽车也需要加氢站,因为与汽油车不同,如果你车子没有燃料了,你不能给朋友打电话让他带来氢气罐(不过汽油车好像也不允许)。

因为氢非常轻,所以一般氢需要进行高压压缩或者液化储存在-252℃的温度下,事实上,目前氢气的运输和储存也是以这样的办法。

不过当氢作为燃料时,它和目前所使用的的燃料相比,在泄漏后具有更容易爆炸的性质,因为确实氢气在空气中更容易爆炸,而为了防止泄漏,在氢动力汽车上也需要使用更坚固的碳纤维储存罐防止泄漏。

除了储存问题之外,氢气的获得也是需要解决的,因为自然界几乎没有可供我们使用的氢气,目前,世界上大部分的氢气是由木材或化石燃料(例如天然气和石油)产生的,但因为氢气的密度比空气小,所以它会不断上升并从大气中溢出。

而为了使氢成为未来的主要燃料,电解水获得氢气可能是最好的方法,因为水占了地球表面几乎70%的面积。

可惜的是,电解水需要电力,如果要得到巨量的氢气,那么投入的电能也是巨大的,这有点像拆了更大的东墙来补上未知的西墙,不太可取。

所以目前看来,只有当可再生能源如太阳能和风能以相对较低的成本发电时,这种技术在商业上才能变得可行。

不然成本永远是跨不过的一道坎。

标签: 燃料电池 化石燃料

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