金屬鎂
——未來的新能源

新能源難以得到廣泛應用的主要原因之一是能量的儲存問題。電池比較笨重，而且充電需要較長時間；氫能源，雖然可以從電解水中得到，還可用于燃料電池，但是處理起來容易發(fā)生危險。目前，國外科學家正在擴展他們的新能源思路，即關(guān)注一種此前從未受到重視的物質(zhì)——金屬鎂，認為它有可能成為新能源的一種替代品。從中學的化學課本上，人們就知道金屬鎂的活性非常大，并且蘊含著巨大能量——即使是少量的鎂條燃燒，也會產(chǎn)生大量的白色火焰。研究人員現(xiàn)在正試圖尋找從鎂中提取能量的更好方法。

加拿大不列顛哥倫比亞省懷特羅克市MagPower公司的工程師們已經(jīng)研究出了一種新型的金屬燃料電池：這種電池利用水和空氣與鎂發(fā)生反應，以鎂作為金屬陽極，產(chǎn)生電能。以色列耶路撒冷希伯來大學的多倫·奧爾巴奇博士研制出了一種以鎂為基礎(chǔ)的鋰離子可充電的電池，這種電池壽命長且比較穩(wěn)定。奧爾巴奇博士稱，利用可再生能源來儲存電能是個非常理想的方法。美國帕薩迪納市加州理工學院的安德魯·金德勒則另辟蹊徑，研究出利用金屬鎂和液體反應生成氫氣的方法。如此反應所生成的純凈氫氣可以作為燃料電池的能源，反應生成的副產(chǎn)品氧化鎂則是一種相對無害的物質(zhì)。

但是，要將金屬鎂作為能源付諸于實際應用還存在不少問題。日本東京工業(yè)大學的矢邊尚博士指出，雖然在自然界當中鎂的含量非常豐富，但是鎂的提取和制造成本很高，而且也不環(huán)保。目前鎂有很多的工業(yè)制造方法，例如電解方法或是一種稱為“皮江法”的高溫提鎂工藝，能源成本都非常高。矢邊尚博士說，生產(chǎn)1 kg的鎂大概需要消耗10 kg的煤。

為了改變這一狀況，矢邊尚博士研究出一種僅利用可再生能源的工藝。他的方法是利用集中的太陽能產(chǎn)生激光，從而加熱并最終燃燒從海水當中提取出的氧化鎂。矢邊尚博士說，海水當中的氧化鎂儲量巨大，至少夠全世界使用30萬年。他進一步解釋，利用太陽能產(chǎn)生激光是必須的，因為僅靠太陽能無法產(chǎn)生3 700℃的高溫，而這個溫度是氧化鎂產(chǎn)生反應的必須條件。矢邊尚博士將他的工藝稱為“鎂注射循環(huán)”方法。

純凈的鎂能夠作為一種燃料（它的能量密度大約是氫氣的10倍）。鎂和水混合在一起會產(chǎn)生熱量，將水加熱產(chǎn)生為水蒸氣，驅(qū)動渦輪機做功。反應還會產(chǎn)生氫氣，它燃燒時能夠產(chǎn)生更大的能量。反應的產(chǎn)物是水和氧化鎂，可以通過激光再次轉(zhuǎn)化。

當然，這種工藝并不是十全十美，其主要問題在于太陽能集熱器的體積非常巨大，并且造價昂貴。除此之外，太陽能產(chǎn)生的激光通常功率比較低。矢邊尚博士采用的方法是使用較小的菲涅耳透鏡，這是一種透明、相對較薄的、由同心環(huán)棱鏡構(gòu)成的平面透鏡。這種透鏡常被安裝在燈塔上，用以放大光線。矢邊尚博士的另一個方法是大幅度提高激光材料——摻釹釔鋁石榴石的能量輸出功率。這種物質(zhì)通常情況下只能吸收來自太陽光的約7%的能量，而涂上鉻之后這一數(shù)字會提高至67%以上。目前矢邊尚博士已經(jīng)和三菱公司進行合作，在日本千歲市建立了一個示范工廠。這座工廠中的激光設(shè)備能夠產(chǎn)生80 W的能量，足以切割鋼鐵和分解出海水當中70%的鎂。矢邊尚博士說，在激光能產(chǎn)生400 W的能量的時候，“鎂注射循環(huán)”這種方法在商業(yè)上是可行的，近期就有望實現(xiàn)。他說：“開始階段，我們計劃一年使用300條激光射線來生產(chǎn)50 t鎂。在這之后，讓全世界開始考慮用金屬鎂替代氫氣能源就不會太難了”。