【腦洞系列】水由氫氧組成,而氫可以燃燒,那麼加水是不是就能讓汽車跑起來?

天空之城 2020/11/03 檢舉 我要評論

能源是一個智慧文明不斷發展的核心因素,著名的卡爾達舍夫等級就是通過一個文明對於能源的收集能力,來衡量這個文明處於何種等級。

當一個文明能夠收集並利用所在行星的全部能源的時候,那麼它便實現了第一宇宙文明,而現階段的人類顯然還做不到,所以粗略估計,人類文明也就位於宇宙文明的0.7級而已。能源與一個文明的發展之間存在著複雜的聯繫,對於一個文明而言,不僅獲取能源的多少至關重要,獲取能源的方式也同樣重要,因為一些能源的大量消耗可能會帶來難以解決的副作用,比如環境污染,而這種副作用一旦積累到一定程度,就會反過來對文明的存續產生威脅,所以節能減排、尋找和使用清潔能源就顯得尤為重要。現階段所使用的水電、風電以及太陽能都是典型的清潔能源,那麼地球上是否還有其它有待開發的清潔能源呢?當然有,而且很多。

從很早的時候開始,人類就有著一個點水成油的夢想,點水成油實在是沒有什麼科學依據,但水本身卻具備成為清潔能源的潛力。

水是什麼?水就是H2O,兩個氫原子和一個氧原子,而氫和氧是可以燃燒的,所以從本質上來講,水無疑具備成為燃料的潛力,那麼水真的可以成為一種燃料嗎?有朝一日,我們向汽車裡面加水,是不是就能讓汽車跑起來呢?當然可以,而且不是在未來,事實上現在我們就可以做到。

當然了,水是不可以直接燃燒的,要將水作為燃料,一個重要的過程是不能省略的,那就是將水中的氫氣弄出來,而這並不是一件複雜的事情。在上學的時候,我們大多數人所接觸到的第一個化學實驗恐怕就是 電解水了。

電解水是一個非常簡單的實驗,只需要一個電源,兩根導線就可以了。

在通電之後,水會被電解為 氫離子和氫氧根離子,由於氫離子帶正電,所以它會向連接電源負極的導線處聚集,當氫離子與電子結合之後就變成了氫原子,兩個氫原子結合則形成氫氣,我們只需要在這裡加上一個容器,就可以很容易將分解出來的氫氣收集起來。

氫氣的燃燒具有兩個優點,第一就是燃燒所釋放的能量高,氫氣燃燒所釋放的能量大約相當於普通汽油的3倍,第二就是清潔,氫氣燃燒所產生的副產物就是水,整個過程沒有任何有害物質生成。既然如此,為什麼不製造水動力汽車呢?是不是技術難度太高?並不是,要製造一個可以電解水的水氫發動機其實並沒有太大的技術障礙。水動力汽車之所以沒有出現,是因為這種做法有些多此一舉。

以水做燃料,就必須先要電解水,而既然已經有了電,為什麼還要電解水呢?直接用電驅動汽車不就好了嗎?多此一舉反而造成了能源的浪費。

不過這並不是說把水變成燃料的設想就徹底沒用了,因為要把水中的氫氣弄出來也並不一定就要用電,用鋁也可以。鋁是一種化學性質極度活躍的金屬,只需要將其放置在水中,就可以與水反應生成氫氧化鋁和氫氣,而日常我們所使用的鋁制容器之所以沒有遇水反應,是因為在鋁製品表面已經生成了一層氧化層,隔絕了外部與內部的接觸。將一個鋁棒放置在水中,然後收集置換出來的氫氣作為燃料驅動汽車,這可行嗎?完全可行,而且整個過程終於不需要再從外界輸入能量了。

單從環保的角度來看,以水和鋁為組合的水氫發動機的確是一種值得推廣的東西,而其唯一的障礙就在於成本。

水鋁組合雖然不需要從外界輸入能量,但是卻會消耗鋁和水,水的價值可以忽略不計,但是鋁不行。鋁的價格大概為一公斤14元,而要製造一千克氫氣需要9公斤鋁,也就是126元,而一千克氫氣燃燒所產生的能量相當於3千克汽油,3千克汽油約為4升,92號汽油價格大概在每升5.5元,4升就是22元。也就是說消耗了126塊錢的鋁所產生的能量只相當於22元的汽油。雖然從環保的角度上來講,以鋁水組合的水氫發動機是值得推廣的,但是從成本角度上來講,恐怕是很難推廣出去的。

當然了,我們也可以在工廠中利用碳和水反應來製造氫氣,這樣成本就很低了,但問題在於讓汽車攜帶氣體形式的氫氣,攜帶量是非常有限的,難以滿足人們的需求。可見,要製造出既環保又廉價的水氫發動機,還真不是一件容易的事。

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