伊河散记分享 http://blog.sciencenet.cn/u/pekoxfleyu 我左眼球的照片

博文

你不知道的能源-你该知道的物理(二)

已有 4506 次阅读 2010-7-23 13:26 |个人分类:你不知道的|系统分类:科普集锦

要提供能量,汽油要跟氧气发生反应,用汽油的好处是我们不需要携带氧气,氧气到处都有。汽车的发动机里,汽油在喷嘴的地方跟空气混合,得到需要的氧气。比较汽油和炸药,汽油中有氢和碳,差不多每两份氢一份碳,当汽油充分燃烧的时候,形成水和二氧化碳。如果燃烧不充分,形成一氧化碳。比较而言,炸药使用氮化钾来代替氧气作氧化剂,所以它不用跟氧气混合,能在短时间放出巨大能量。火箭的推进器里一样有氧化剂,比如液氧或者过氧化氢。
汽油甚至比食物更好,不是说味道,而是指含能量。有如下事实,当质量相同时,
汽油比牛排高四倍;
比巧克力高2倍;
比黄油高1.4倍。
换句话说,食物不仅跟汽油含能量可比较,而且,它们比TNT含有更高的能量。如果你怀疑,考虑蚊子,那么飞一宿,吸一口血就好了。显然,食物是最好的能量来源,跟汽油一样的高能。作为一个正常人,每天吃一斤到两斤食物,不算喝的水,它维持着你每天思考,劳动,遛弯,包括睡觉时候维持正常运作所需要的能量。另外一方面,因为食物含有这么高的能量,减肥成为一件困难的事情,一罐可乐,含有150食物大卡的热量,一个人需要作一个半小时剧烈运动来消耗掉这些能量,剧烈运动是快跑,不是遛弯,是网球不是高尔夫球,是游泳不是泡澡,而且运动完不喝另外一罐可乐来奖励自己。所以,减肥之道不在于运动而在于少吃。
 

 
别的替代能源呢,这里再做一下比较,相同质量下,
汽油比煤炭能量高两倍;
比甲醇(工业酒精)高2倍;
比乙醇(食用酒精)高1.5倍;
比丁醇(生物燃油)高1.1倍。
当我们考虑替代能源的时候,所含能量是个主要因素。如果你使用替代能源,比如酒精和汽油混合,因为每公升比较便宜,但要考虑到发热值,是不是要重新考虑一下。美国在开始使用替代燃料,迄今为止,每走一公里所费的酒精燃料还是要比汽油贵。当然,有些人还是坚持使用混合燃料和替代燃料,至少他们认为虽然多花点钱,但这些燃料对环境更加友善。但是,他们也许还是错了,玉米制造的酒精对环境改善贡献不大,将来我们讨论生物能源的时候再说。丁醇其实看起来是个不错的选择,我们讨论生物燃料的时候会再介绍。
现在让我们看看别的能源,也许你会感到惊讶,按单位质量发热量来说,以下这些燃料确实比汽油要好,
天然气是汽油的1.3倍;
液氢是汽油的2.6倍;
铀或钚是汽油的两百万倍;
氢核聚变是六百万倍;
反物质是两百亿倍。
氢燃料的2.6倍听起来很让人心动,我们也开始讨论氢经济。用一公斤的液氢能比一公斤的汽油让汽车多走2.6倍的距离。但是,一公斤的氢,即使液体,也比汽油更占空间,这就是为什么按体积算,氢的发热量反而比汽油少4.5倍。铀的发热量恐怕没那么让你惊讶,这就是它为什么被用来做原子弹和核电厂的燃料。核聚变看来是最理想的,至少,它的燃料存在于我们身边的水分子里,应该是取之不竭的,不过,话说回来,当初我们也觉得石油用不完的。
之所以谈到反物质,是因为科幻小说里提的太多了,有一天你给家里小侄女讲科普的时候至少要有个基本概念。反物质能放出巨大能量不假,有一天我们可能能拿它来做燃料,但它有两个基本问题,一是我们怎么装它,它跟所有的正物质发生反应;二是,它跟氢燃料一样,更应该说是能量的传输途径,而不是存储方式提供者。为什么这么说呢,用我们现在已知的技术,制造氢气或者反物质所消耗的能量,比把它们烧掉所放出的能量要多得多。
不像石油,我们没法从地球里轻易地开采氢气。当人类在这个地球上出现的时候,所有氢都已经烧完了,变成了水,或者跟碳反应生成各种有机物和相对不多的含氢无机物。为了使用氢,我们要把它从通常的化合物里分离出来。我们可以电解水从而得到氢气,然后把氢气烧掉,得到所耗电能的30%或者40%,别的能量都以热能的形式消耗掉了。这里顺便提一下水变油,物理上是不可行的,它一定是消耗更多的电能,或者消耗别的燃料来得到氢,只不过卖你这个技术的人不说罢了,等你交钱拿到货,就发现它技术含量跟秦奋的“分歧终端机”可以一较高下。
有一个办法能得到提供能量的氢气,就是从天然气里分离,事实上,这才是我们现代获得大量氢气的主要办法。天然气中的主要成分时甲烷,有四个氢原子和一个氧原子,当甲烷气体跟水发生反应,会产生氢气和一氧化碳。这个氢气可以用作燃料,但能量会比我们直接从甲烷中得到的要少。
 




https://blog.sciencenet.cn/blog-445296-346641.html

上一篇:你不知道的能源-你该知道的物理(一)
下一篇:你不知道的能源--你该知道的物理(三)
收藏 IP: .*| 热度|

3 张旭 yinglu wliming

发表评论 评论 (2 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

全部作者的其他最新博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-9-27 15:18

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部