科普-中华学生百科全书-第193部分
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合同，在印度建造世界最大的波浪发电站，发电能力 5000 千瓦。据挪威的实
验，一条捕鱼船在被大西洋的波浪冲击条件下从波浪吸收的能量等于船上的
发动机所提供的能量。如果这项技术能够普及和提高，那么航行在大海上的
船就可以不用带燃料了！
海流能和潮流能
海洋中部分海水以一定的速度，向着一定方向流动所具有的动能叫做海
流能。比较稳定的海流能可用来发电。著名的海流能有墨西哥湾暖流能等。
潮流能是海水产生周期性往复运动时所具有的能量，主要集中在某些狭
窄的海峡或海湾。海流和潮流发电装置类似，可统称为海流发电。
海洋温差能和海洋盐度差能
在海洋深处（1000 米左右）温度经常保持在 4℃，而热带海洋表面可高
达二十几度，海洋表层与深层存在约 20 度的温差。这一海洋温差蕴藏的能量
全球可开发量约 100 亿千瓦，在各种海洋能中居首位。
我国海洋温差资源集中在南海和台湾东岸的太平洋热带海域。
利用海洋温差发电的技术叫做海洋热能转换。根据热循环系统所用工质
及流程不同可分为闭式循环海洋热能转换和开式循环海洋热能转换，以及混
合循环三种类型。无论哪一种实验装置现在的效率都较低，只有 2．5％左右。
此外，还有雾滴提升循环、全流循环、热电效应等转换方式。海洋热能电站
可分为陆基电站和海基（漂浮）电站。
在江河入海口淡水和海水之间，或者盐分浓度不同的海水之间，由于所
含盐分不同，在界面上产生了巨大的能量。在界面上安置半透膜，将这一能
量以渗透压的形式表示出来时，称作盐度差能。海洋盐度差能的利用还未到
实用阶段。
柴草禾木的重新开发——生物质能
几千年来，我们的祖先一直燃烧稻草、木材等植物来做饭取暖。只是到
了 17 世纪后期，发现了化石燃料——煤、石油和天然气等以后，稻草、木材
等植物能源，逐渐退居次要地位了。尽管如此，目前世界上一些经济不发达
的地方，仍在用它们做燃料，约占全世界能源供应中的 15％。
农民为了种植新鲜蔬菜，常在菜田的周围打木桩，然后用塑料膜或玻璃
覆盖在上面搭成温室，或叫暖房。透明的房顶可以让太阳光辐射进来，里面
的热量却不容易散失出去。
我们居住的地球周围有一层大气层，它让阳光透入地表加温，而地表散
发的热量，一部分被封锁在大气层里，使地球变得温暖。如果没有大气层，
地球就会像月亮那样变成寒冷荒凉的世界。可是，近几十年来，人类不注意
保护大气层，大量燃烧煤和石油，放出许多二氧化碳，使得大气层二氧化碳
的含量越来越高，像我们冬天洗澡时用的浴罩一样，过量的二氧化碳把地球
罩了起来，使得地表吸收更多的热，温度越来越高。这种现象，科学家把它
叫做温室效应。温室效应对农业生产、气候及资源分布产生了很大的影响。
如果人类再不采取措施，任其发展，会使冰山融化，海平面上升，海水浸没
大陆，造成无法估量的灾难。
要减轻温室效应，最好的办法是大量减少使用化石燃料，寻找不产生或
少产生二氧化碳的燃料。于是，科学家们重新打起稻草、树木等植物的主意
了。稻草、木材等植物在燃料时释放的二氧化碳，与它们在生长过程中消耗
的二氧化碳大致相等，这样可以维持大气中二氧化碳的含量稳定，避免产生
温室效应。植物含有的能量也非常巨大，如稻草，每 3000 克燃烧发出的热量
相当于燃烧 1 升石油发出的热量。
随着科学技术的发展，人类对能量的需求逐年增加，近 10 年来，世界各
国尤其是一些发达国家，对能够用作能源的各类植物进行了大规模的研究。
庄稼收割后，留在地里的稻茬、麦茬有两种用途，一是埋入土里当肥料，二
是把它们挖出来作燃料，经过比较用作燃料更合算。
伐木场运出树木后，还有大量枯枝、残叶，过去往往是付之一炬，现在
要充分利用它们。把它们压碎，运到工厂当燃料，尽管运输时没有煤来得容
易，但木头的含硫量只有煤的 1／10，对环境污染要小得多。
养鸡场、畜牧场大量的粪便，经过细菌的分解，可以产生沼气。沼气可
以用来煮饭、烧菜、烧水，还可以用来开动卡车、拖拉机、发电机。分解后
的残留物质可以当肥料。蒸馏淀粉及含糖量比较高的植物，如小麦、玉米、
糖浆、甘蔗、木薯等，它们先转化为葡萄糖，再经过发酵成为酒精。酒精和
汽油混合，可以开动汽车、拖拉机和各种内燃机车。纯酒精也可以代替汽油
使用。燃烧酒精比燃烧汽油干净，它的生成物是二氧化碳和水，没有污染环
境的二氧化硫。
现在有一种新兴的种植业叫能量种植业。它选择生长迅速、含能量高的
植物，如桉树、橡胶树、油棕榈、向日葵、油菜、大豆、椰子等，提取它们
的植物油，这种油不但可以成为柴油的代用品，而且性能比柴油更好。
海洋里大量生长着一种叫做海藻的植物。海藻生长非常快，每天至少可
长 0．6 米，收割后不需要重新种植又会生长，其中有一种叫做葡萄藻的淡水
藻，它的含油量高达 85％。
将来，越来越多的能量是可以“种”出来的。
能源开发新技术
煤的再度开发技术
从 18 世纪开始到 20 世纪 60 年代，煤炭一直是能源舞台上的主角。可是
到了 60 年代以后，中东石油增产，使得煤炭在能源舞台上只能当配角了。
60 年代以后，虽然出现了一段石油黄金时代，可是世界能源需求迅速增
加，不久，出现了石油危机。这也是为什么近年来，中东地区总是战火纷飞
的原因。各种势力都想霸占中东，攫取那里的石油。这给煤炭一个绝好的机
会，使它重整旗鼓，又登上能源舞台的宝座，大放异彩。
城市居民天天使用煤气烧菜煮饭，只知道煤气是从煤气厂通过管道输送
到千家万户，但并不知道煤气是怎么产生的。过去人们使用煤炭，把它当燃
料使用，也就是把煤炭从煤矿中采掘出来，用火车、汽车送往发电厂、炼钢
厂等，靠直接接触空气燃烧而产生热能。现在，在煤气厂，煤炭是通过干馏
法，就是把煤与空气隔绝后，加热使煤分解成焦炭、焦油和煤气。这是煤气
化的一种方法。焦炭可以送到炼钢厂去炼钢，也可以使它与水蒸气反应，制
成水煤气。
我们使用的煤气必须用高质量的煤才能得到。由于低质煤里面有硫等杂
质，靠它们制取的煤气里面也会含有硫等杂质，这在使用时很危险，又造成
严重的污染。为了充分利用煤炭资源，对这种低质煤怎么办呢？科学家想出
一种办法：把低质煤放入一池熔融的铁水中，让它们进行化学反应，使硫等
杂质自动“跑”出来，变成渣子浮在铁水上面，这样存下来的煤就成了优质
煤。
煤炭气化的更先进方法，是在地下煤层挖通巷道，从巷道的一边送入水
蒸气和氧的混合气，在煤层点火，煤在地下就变成一种可以燃烧的气体，从
巷道的另一边收集起来，供用户使用。
把煤的气化技术和发电厂有效地统一起来，建造一座煤气化联合循环发
电厂。到了夜间，用电量骤然减少了下来，发电设备停止运行时，就利用气
化设备继续生产合成气，并转化成有价值的化工副产品。
1803 年，在欧洲出现了世界上最早的蒸汽机火车，这种火车一直到现在
有些国家还在使用。它用煤做燃料，把水烧成水蒸气，推动车轮转动，使火
车在铁轨上行驶。新一代的火车是内燃机火车，固体的煤块不能使用，这又
给人们提出了一个“怎么办”的问题。日常生活经验给科学家开了窍。烧一
壶开水，水开后溢出的水溅落到煤饼上，炉火不仅没有熄火，反而蹿得更高；
家庭主妇为了让煤饼烧得更旺，往往把水洒在煤饼上。煤炭的液化技术产生
了。
像磨面粉一样，把煤块碾成非常细的粉末，然后加 30％左右的水，用机
器把它们搅拌均匀，再加些化学表面活性剂，这好像胶水一样，能使煤和水
之间的“粘力”增加，使它们完全粘合在一起。这样制成的水煤浆可以通过
管道远距离输送。目前，水煤浆在船用柴油机上的燃烧试验已经取得初步成
果。39 科学家展望，21 世纪，水煤浆可以用在内燃机上。
还有一种煤炭液化方法。石油经过提炼后剩下的暗褐色浓稠液体叫重
油。把细煤粉与重油混合，加入催化剂，然后送到高压反应管中，加上高压、
高温，像变魔术那样，煤炭变成石油了。这种方法工艺复杂，成本非常昂贵。
尽管如此，有了它，人们就更有信心对能源前景抱乐观的态度。
核聚变能的继续开发
一说起核聚变，大家会认为那似乎是遥远的未来才能用上的资源。实际
上，太阳和其他恒星上时时刻刻都在进行着核聚变反应，太阳能本质上就是
太阳的核聚变能中被太阳光送到地球上的那一部分。煤炭、石油、天然气等
化石能源本质上是古生物以特殊形式储存起来的太阳能（也就是核聚变能）。
水力发电之所以能利用源源不绝地从高处向低处流的水能，归根结底是太阳
能把低处的水蒸发，以雨、雪的形式落在高处造成的。风力、波浪、海洋热
能等等也都是太阳能的转化形式。所以，除了核聚变能是铀等裂变物质固有
的、地热能是地球固有的、潮汐能主要是由太阳和月球的引力造成的以外，
其他的能源几乎都来自太阳的核聚变能。
自从 1952 年美国试验成功第一颗氢弹（我国第一颗氢弹于 1967 年试验
成功）以来，人类开始直接利用聚变能。氢弹爆炸是氘和氚的热核聚变反应，
它的巨大能量在一瞬间释放出来，不可控制，只能当做炸弹作破坏之用而无
法和平利用。要想使聚变能持续受控地释放出来并转换成电能或其他形式的
能量，可就不容易了。人们努力了 40 年之久，至今受控核聚变仍未实现，仍
然是可望而不可及。
可是，科学家们并没有认输，他们仍在继续努力。因为他们知道，只有
受控核聚变才是人类取之不尽、用之不竭的既安全又清洁的能源，只有受控
核聚变才能让人类一劳永逸地彻底摆脱能源危机的困扰。
受控核聚变消耗的是氘和氚。其中氘是天然存在的，每升海水中含有
0．03 克氘，地球的海洋里共含 45 万亿吨氘，所以氘是取之不尽、用之不竭
的。氚可以用储量丰富的锂在反应堆中生成。氘和氚将作为第一代聚变反应
堆燃料。氘—氘将作为第二代聚变反应堆燃料，它不用较麻烦的氚，只用氘
就行了，但它的点火条件比氘—氚燃料还要高些。将来的受控核聚变反应堆
会比现在的核裂变反应堆安全得多，因为核聚变反应堆不会产生大量强放射
性物质，而且核聚变燃料用量极少，每秒钟只须投入 1 克；停止投入燃料，
核聚变反应堆就能迅速关闭，不致发生重大事故。
核聚变反应堆的真正问题不在于关闭，而在于它太难启动了。要实现受
控核聚变反应，必要的条件是：要把氘和氚加热到几亿度的超高温等离子体
状态，这种离子体粒子密度要达到每立方厘米 100 万亿个，要使能量约束时
间达到 1 秒钟以上。这也就是核聚变反应点火条件，此后只须补充燃料（每
秒钟补充约 1 克），核聚变反应就能继续下去。
无论什么样的容器都经受不起这样的超高温，所以，受控核聚变的关键
技术在于用磁场把高温等离子体箍缩在真空容器中平缓地进行核聚变反应。
但是高温等离子体就像一匹烈马，很难约束得住，被箍缩的高温等离子体很
难保持稳定，它应是均匀的柱状，但它细的地方会变得很细，像香肠一样，
最后会这里断开，有时会变得弯曲，像香蕉一样，最终触及器壁。人们研究
得较多的是一种叫做托卡马克的环形核聚变反应堆装置，但它至今不能连续
运转。所以，托卡马克有无前途，人们还在争论。
另一种方法是惯性约束，即用强功率驱动器（激光、电子或离子束）把
燃料微粒高度压缩加热，实现一系列微型核爆炸，然后把产生的能量取出来。
惯性约束不需要外磁场。系统比较简单，但这种方法还有一系列技术难题有
待
