讓海水燃燒

倪顯麗

遼闊的海洋占地球表面積近3/4，海水占地球總水量的96.53%。面對(duì)化石能源日益枯竭的今天，是否能讓海水燃燒來替代石油能源？海水能否真的被點(diǎn)燃？如果真的是這樣，海水燃燒能帶給我們什么好處呢？

這個(gè)想法看似很好，但讓人感覺十分荒誕。然而，一位64歲退休的美國廣播工程師約翰，利用自己發(fā)明的微波發(fā)生器，將這個(gè)想法變成了現(xiàn)實(shí)。他在一次試驗(yàn)中，非常偶然地發(fā)現(xiàn)了一種也許可以把海水中的氫元素變成清潔能源的最佳辦法。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)一經(jīng)媒體公開，立即引發(fā)了一場激烈的爭論。有人指控說這是個(gè)騙局。為了驗(yàn)證這到底是不是一場騙局，美國著名的物理學(xué)家，賓夕法尼亞大學(xué)材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的水科學(xué)專家魯斯圖姆，對(duì)此深入研究，發(fā)現(xiàn)這和以往諸如“水變油”的偽科學(xué)不一樣，他成功地重現(xiàn)了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

這項(xiàng)新的發(fā)現(xiàn)不但促使科學(xué)家去理解其背后神秘的物理與化學(xué)機(jī)制，從而在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域開辟了新的探索途徑，同時(shí)也為應(yīng)用研究揭示了新的方向，也許今天的科學(xué)奇觀，就能在明天幫助我們用海水生產(chǎn)出清潔的能源。

海水為何可以點(diǎn)燃，是因海水是由氫、氧、鹵化鈉等組成的咸水，平時(shí)海水是處于化學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)，在微波作用后就可以點(diǎn)燃，這不是一種正常反應(yīng)。這是一個(gè)世紀(jì)以來，水科學(xué)研究領(lǐng)域中最重要的發(fā)現(xiàn)。

你也可以操作實(shí)臉

首先，先用試管灌上一些海水，并在試管口放上一個(gè)蓬松的紙卷。然后，用頻率為13.56兆赫、功率為100～250瓦的微波照射該試管。管內(nèi)液體的溫度逐漸上升，達(dá)到一定溫度時(shí)，從管中突然噴出一股強(qiáng)烈的火焰，將管口的紙卷燒作一團(tuán)。

如同許多其他發(fā)現(xiàn)一樣，這次的發(fā)現(xiàn)也完全出于偶然。廣播工程師約翰原本研究的并不是水的特性，而是治療癌癥的方法。作為一名白血病的幸存者，約翰希望通過一種他自己設(shè)計(jì)的裝置來開發(fā)一種非侵害性的癌癥療法，用微波加熱注射到腫瘤中的碳微粒，這樣就可以摧毀腫瘤而不傷害健康的組織。當(dāng)他嘗試將其射頻發(fā)生器用于癌癥治療以外的其他用途的時(shí)候，他觀察到了水的燃燒。那時(shí)他們正在尋找一種鹽水淡化的方法（以此來獲得飲用水）。的確，射頻波可以加熱鹽水（鹽水吸收射頻波的能量），從而把鹽和水分離。因?yàn)樗序v后會(huì)變成水蒸氣，而鹽分則會(huì)殘留在容器中。為了徹底脫鹽，他們不斷升高試管中的溫度，直至紙塞起火燃燒。

真的產(chǎn)生了氫氣

這意味著肯定有某種易燃?xì)怏w從水中釋放出來……究竟是怎么回事，借助分光計(jì)，研究人員測定了逸出試管的物質(zhì)分子質(zhì)量，找到了燃燒的原因：微波加熱過程中產(chǎn)生了分子形態(tài)的氫（即氫氣）。在地球上，自然界中的氫元素主要存在于水和碳?xì)浠衔镏?。微波能量似乎“打斷”了水分子中氫原子和氧原子之間牢固的化學(xué)鍵，將氫元素以氫氣的形式釋放出來。一旦開始燃燒，只要保持微波照射，我們就能源源不斷地采集氫氣，或令其持續(xù)燃燒，直到耗盡水中所有的氫原子。

雖然目前科學(xué)家已經(jīng)了解了海水燃燒的原因，但對(duì)這個(gè)過程中導(dǎo)致氫氣釋放的所有化學(xué)反應(yīng)仍然所知甚少。從基礎(chǔ)研究的角度看，還須精確地描述微波是如何打斷水分子的化學(xué)鍵，從而釋放出氫氣的。

推廣有待論證

這個(gè)發(fā)現(xiàn)真的很激動(dòng)人心。在等待基礎(chǔ)研究取得進(jìn)展的同時(shí)，人們關(guān)注所有能夠產(chǎn)生氫氣的系統(tǒng)，已在考慮將這個(gè)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。目前處于研究焦點(diǎn)的氫氣是一種很有前途的能源，它在未來幾十年中將得到廣泛應(yīng)用。人們非?？春脷錃馊〈?xì)浠衔锍蔀閷?shí)用能源的前景，如用于燃料電池。其實(shí)今天，在“氫化裂解”煉油，或在氨氣生產(chǎn)中，氫氣已被大量地使用。

置于微波中的水（處于一個(gè)與大氣隔絕的封閉系統(tǒng)中，這跟放在微波爐里可不是一回事）溫度會(huì)上升幾百攝氏度，但這種溫度的上升無法解釋所有問題。在這個(gè)溫度，水會(huì)略呈酸性，PH值由7下降到6甚至5，水分子電離成HO+和OH-離子。但這個(gè)被稱為“離子化”的電離過程并不能釋放出氫氣。從理論上來說，氫氣的釋放只能通過以電荷轉(zhuǎn)移為基礎(chǔ)的“電解”完成。實(shí)驗(yàn)中，顯然出現(xiàn)了另一種物理化學(xué)反應(yīng)，這可能是因?yàn)樗斜患尤肓他}的緣故。這到底是怎么回事呢？研究人員認(rèn)為這是一個(gè)物理學(xué)從來不曾想到的現(xiàn)象，一切都有待理清。

但是，有學(xué)者提出疑問，試驗(yàn)中沒有說明輸入的微波能量有多大，如果輸入的能量比輸出的能量大許多，那么就沒有什么意義了，也就是說燃燒海水是賠本買賣，現(xiàn)在要確認(rèn)的就是微波制氫的能耗是否比當(dāng)前兩種主要的制氫技術(shù)（天然氣水蒸氣重整和水電解制氫）來得更低。后兩種方法的產(chǎn)能效率（即產(chǎn)出的氫氣中含有的潛在能量與生產(chǎn)這些氫氣所消耗電能的比值）最高只能達(dá)到50%和70%。為此，約翰和魯斯圖姆必須對(duì)他們的產(chǎn)氫量進(jìn)行測量，這在目前尚未完成。不過，這項(xiàng)技術(shù)或許另有用途，在將來海水淡化方面，微波脫鹽或許會(huì)成為一種比較經(jīng)濟(jì)的海水脫鹽方法。