顏士州

近百年來，世界工業(yè)化進(jìn)程不斷加速，石油、天然氣、煤炭的耗用量與日俱增。然而，地球上這些能源的儲量畢竟有限，總有一天會枯竭。為此，科學(xué)家們正千方百計尋找新的能源。

冰做燃料

大千世界，無奇不有。2017年5月18日，我國在南海1 266米深的海底的海床中試采可燃冰獲得成功，使我國可燃冰開采技術(shù)領(lǐng)跑世界。可燃冰是一種環(huán)保新能源，它是一種奇特的冰塊，可以像煤塊一樣直接燃燒。冰能燃燒？這真令人不可思議！有道是水火不相容，水乃滅火之物，更何況是冰！然而，科學(xué)家經(jīng)過取樣分析，發(fā)現(xiàn)了其中的奧秘：原來這種冰是由一種天然氣——甲烷的水溶液凝結(jié)而成的。當(dāng)溫度很低時，它的形態(tài)跟普通冰一模一樣；但當(dāng)溫度升高時，它開始融化，內(nèi)部的甲烷氣體便大量逸出，同時體積也增大一百多倍。因為甲烷是一種燃燒性能很好的氣體燃料，所以這種冰能燃燒。

可燃冰在蘊(yùn)藏天然氣的凍土地帶最容易生成。氣候變冷、地層溫度降低時，地層中的水便和天然氣凝固在一起，形成可燃冰。另外，在大洋深處，長年累月沉積于海底的各種海洋生物尸骸會腐敗分解，不斷產(chǎn)生甲烷氣體；而海底的壓力很高(水深每增加10米，水壓就增加1個大氣壓)，甲烷氣體不易上浮，因此，在海底沉積層的孔隙里，很容易生成冰晶狀的甲烷水合物。經(jīng)過數(shù)百萬年漫長歲月，海底有可能形成數(shù)千米長、百米厚的冰礦礦床。

據(jù)科學(xué)家估計，地球上可燃冰礦的蘊(yùn)藏量十分驚人，可能是煤、石油和天然氣的總量的3倍。例如，在美國和加拿大的沿海海域，冰礦藏量就達(dá)數(shù)百億立方米，可供開采數(shù)百年。在黑海、里海、鄂霍次克海等海域也相繼發(fā)現(xiàn)了可燃冰礦。如果能將地球上所有冰礦都開采出來，人類就無須再為石油煤炭資源日趨匱乏而憂心忡忡，世界能源危機(jī)也許將不復(fù)存在了?？茖W(xué)家正在積極探索行之有效的開采技術(shù)，使它早日登上能源舞臺，為人類造福。

冰雪制冷

很久以前，古人就已懂得用冰雪來制冷。每年冬季，他們鑿取江湖河川的冰塊，貯藏于地下冰窖里，保存到翌年夏季備用。早在戰(zhàn)國時代，秦國就建造過專供皇室消暑用的冰宮，宮里設(shè)置許多巨大的空心銅柱，柱內(nèi)放入從冰窖取來的冰塊，使宮內(nèi)變得涼爽宜人。在南宋京城臨安(今杭州)，每逢盛夏酷暑，皇宮中便抬進(jìn)數(shù)十只巨大的金盆，盆中堆滿冰塊，于是，盡管宮外赤日炎炎似火燒，宮里依然涼氣習(xí)習(xí)如深秋。

跟空調(diào)相比，冰雪制冷能節(jié)省許多電。因此，在空調(diào)迅速普及的今天，冰雪制冷重新受到科學(xué)家青睞。不久前，美國普林斯頓大學(xué)的科學(xué)家將5 000噸冬雪保存到夏天，利用它釋放的“冷能”為一座大樓降溫；日本的一個農(nóng)業(yè)試驗場則在糧食蔬菜庫房周圍堆起厚厚的積雪，使室溫保持在0℃左右，數(shù)月后，貯存的谷物、蔬菜完好如初。

冰雪發(fā)電

在人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展史上，大膽的設(shè)想往往能推動科技進(jìn)步，并最終變成累累碩果。面對日益嚴(yán)重的能源危機(jī)，科學(xué)家還“異想天開”地提出利用冰雪發(fā)電的設(shè)想。

日本秋田大學(xué)的科學(xué)家別出心裁地提出一種利用積雪發(fā)電的方案，而且已做了一系列試驗，取得初步成功。這種積雪發(fā)電裝置在結(jié)構(gòu)上跟電冰箱有點相似，但體積要龐大得多。在白雪皚皚的山上安裝冷凝器，在山腳下設(shè)置蒸發(fā)器，兩者用兩根長管子連接起來，并抽出管內(nèi)空氣，注入制冷劑氟利昂。然后，將附近工廠的余熱廢水引到蒸發(fā)器四周。因為氟利昂很“怕熱”，即使在0℃以下的低溫環(huán)境，它也會不煮自沸，所以液態(tài)氟利昂在蒸發(fā)器里急劇沸騰汽化，強(qiáng)大的氣流沿著管道往上沖，把設(shè)在管道中部的汽輪發(fā)電機(jī)沖擊得“呼呼”飛轉(zhuǎn)，霎時間，電力就輸送出來了。氟利昂氣體則繼續(xù)向上，進(jìn)入山上的冷凝器，被周圍溫度極低的積雪冷卻，凝結(jié)成液體，再沿另一根管道返回地面蒸發(fā)器。如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)，就可源源不斷地發(fā)電了。

科學(xué)家還打算利用這種裝置的工作原理，在北冰洋建造“冰洋發(fā)電站”。極地世界氣溫低達(dá)零下幾十?dāng)z氏度，由于冰層覆蓋在洋面上，猶如一條厚厚的“棉被”，使“被子”底下的海水溫度始終保持在-l℃～3℃范圍內(nèi)，人們將蒸發(fā)器安裝在冰層下面“溫暖”的海水里，將冷凝器設(shè)置在冰面上，就能發(fā)電了。

冰雪發(fā)電試驗雖然已取得初步成功，但距離投入使用尚有很長的距離，已建成的發(fā)電裝置功率、容量都很??；再說，采用氟利昂也非良策，這些都有待進(jìn)一步改進(jìn)。

地球上冰雪資源異常豐富，除了終年覆蓋于南北兩極的一望無垠的冰海雪原，還有1/3的國家或它們的部分區(qū)域處于多雪地帶，降雪量大，積雪時間也長。例如我國東北及新疆北部地區(qū)，每年平均降雪都在40天以上，積雪時間超過90天，黑龍江北部及興安嶺山區(qū)積雪時間長達(dá)半年。

如果冰雪發(fā)電的設(shè)想能付諸實施，那么，地球上的巍巍冰山、茫茫雪原都將變成人類的又一種新能源庫，有望在未來的能源舞臺上大顯身手；而迄今為止那荒無人煙的極地世界也不再僅僅是探險家的樂園，它們將奇跡般地成為人們休假旅游、觀光避暑的勝地。