美國(guó)海軍“水變油”項(xiàng)目的真相

2012年10月，美國(guó)《海軍時(shí)報(bào)》稱該國(guó)海軍已在研制新型燃料，希望在2020年讓海軍50%的能耗使用替代燃料，從而削減海軍對(duì)化石燃料的依賴。這里所謂的“替代燃料”就包括了“從海水中直接轉(zhuǎn)化生成JP-5航空煤油” 的項(xiàng)目。按照設(shè)計(jì)規(guī)劃，這項(xiàng)技術(shù)是從海水中提取二氧化碳和氫氣，然后采用一種特殊的化學(xué)催化技術(shù)，將它們合成為水、熱量和合成烴類碳?xì)淙剂?。從理論上看，不僅JP-5煤油，其他任何碳?xì)淙剂弦捕寄軌蛲ㄟ^該方法合成，而且所生成的淡水和熱能等副產(chǎn)品在艦船上也同樣是有用的“寶貝資源”。

兩年之后的2014年4月7日，美國(guó)海軍官方網(wǎng)站發(fā)布消息，稱美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室成功完成了從海水中制取燃料的演示試驗(yàn)，并用制取的燃料成功地驅(qū)動(dòng)一架模型飛機(jī)飛上天空。水真的可以超越基本的化學(xué)原理變成油嗎？答案當(dāng)然是否定的。那么，美國(guó)海軍實(shí)現(xiàn)“水變油”奇跡的真相到底是怎么回事呢？

中國(guó)王洪成的“海水變油”項(xiàng)目回顧

20世紀(jì)80—90年代，黑龍江省哈爾濱市公用事業(yè)局汽車公司的司機(jī)王洪成發(fā)明的“水基燃料”曾經(jīng)名噪一時(shí)。1984年3月，王洪成在遞交給哈爾濱市科委的報(bào)告中稱，其經(jīng)過2800多次試驗(yàn)，于1982年11月初步試驗(yàn)成功新型“水基燃料”。王洪成稱，水基燃料主要原料為江水、海水、自來水，添加劑（功能材料）的體積約占水的萬分之一至十萬分之一；添加劑中有5種材料需要緩慢“發(fā)酵”處理，“發(fā)酵”時(shí)間約600小時(shí)。報(bào)告還稱，水基燃料試驗(yàn)成功后，先后進(jìn)行過30多次大小客車、貨車與拖拉機(jī)行車試驗(yàn)，使用動(dòng)力效果都很好。

但是，只要具備基本化學(xué)常識(shí)的人都知道，水是無法變成油的。1997年11月，王洪成因生產(chǎn)、銷售偽劣商品犯罪而鋃鐺入獄。

利用海水制取燃料，而不是把水變成油

美國(guó)海軍是如何利用海水制取燃料的呢？雖然美國(guó)海軍網(wǎng)站的文章中用了“創(chuàng)新”、“游戲改變”等溢美之詞，不過它的原理相當(dāng)簡(jiǎn)單。海軍研究試驗(yàn)室的這項(xiàng)成果，就是從海水中獲得二氧化碳和氫，然后將這兩種物質(zhì)轉(zhuǎn)換為液體的碳?xì)淙剂稀?shí)際上，該項(xiàng)技術(shù)的制取原理在19世紀(jì)已被法國(guó)化學(xué)家薩保羅·巴蒂爾發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)，薩保羅·巴蒂爾發(fā)現(xiàn)了使用二氧化碳生成甲烷的反應(yīng)，這個(gè)反應(yīng)又稱薩巴蒂爾反應(yīng)或甲烷化反應(yīng)。

薩巴蒂爾反應(yīng)是放熱反應(yīng)，只需要加上鎳或是其他催化劑，它就會(huì)自發(fā)進(jìn)行。這種反應(yīng)早已在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，載人航天領(lǐng)域也曾研究過使用薩巴蒂爾反應(yīng)實(shí)現(xiàn)二氧化碳的再循環(huán)并生產(chǎn)水和燃料。

實(shí)際上，美國(guó)海軍的“水變油”項(xiàng)目管理人員借鑒了該生產(chǎn)工藝，項(xiàng)目報(bào)告提到：要減少不需要的甲烷并增加分子鏈更長(zhǎng)的不飽和烴（烯烴）的產(chǎn)量。這種“改進(jìn)”使該項(xiàng)目成果穿上了華麗的外衣，吸引了全世界的目光。

制取工藝可看做費(fèi)拖工藝的變種

根據(jù)介紹，美國(guó)海軍研究試驗(yàn)室的碳?xì)淙剂现迫⊙b置，首先要使用一個(gè)電陽離子交換模塊（E-CEM）從海水中提取二氧化碳，其提取效率可達(dá)92%，同時(shí)這個(gè)模塊還將（電解）生產(chǎn)氫氣。有了二氧化碳和氫氣，制取烴不過是舉手之勞。薩巴蒂爾反應(yīng)是最簡(jiǎn)單也是最容易的反應(yīng)之一，甲烷作為火箭燃料是合適的，但美國(guó)海軍的戰(zhàn)艦和飛機(jī)并不適用液體甲烷燃料，而是使用碳?xì)浠衔锶缑河秃筒裼偷仁土呀庵迫〉玫降囊后w碳?xì)淙剂希虼嗣绹?guó)海軍研究試驗(yàn)室使用的是不同的反應(yīng)。

在碳?xì)淙剂虾铣裳b置中，二氧化碳和氫氣將在鐵基催化劑的作用下轉(zhuǎn)化為以烯烴等為主的不飽和鏈烴類，最后在鎳基催化劑的作用下進(jìn)行齊聚反應(yīng)，變成分子中含有9～16個(gè)碳原子的液體碳?xì)浠旌衔锶剂稀倪@樣的描述看，最終獲得的碳?xì)淙剂虾蚃P-5油料的特征較為相似，P-51模型飛機(jī)使用它進(jìn)行飛行并不存在技術(shù)難題。事實(shí)上，美國(guó)海軍的技術(shù)雖然不是100多年前的甲烷化反應(yīng)，但也沒什么新奇而言。現(xiàn)在熱門的煤制油產(chǎn)業(yè)，間接液化法的費(fèi)托合成可以說是主流技術(shù)。

費(fèi)托合成就是使用一氧化碳和氫在鐵基催化劑的作用下，合成液體碳?xì)淙剂系墓に囘^程，1923年這項(xiàng)工藝就完成開發(fā)。真相是：把溶解在海水中的碳酸氫鹽提取出來變成二氧化碳和氫，再用催化劑聚合成烴。這就跟第二次世界大戰(zhàn)期間德國(guó)開發(fā)的人工合成汽油差不多，即想方設(shè)法把碳?xì)溲踅M合成飛機(jī)燃料。第二次世界大戰(zhàn)后南非薩索爾公司改進(jìn)費(fèi)托合成方式，也曾在南非石油禁運(yùn)期間生產(chǎn)了大量液體碳?xì)淙剂稀?/p>

但是，這個(gè)制造過程的致命問題是：制造合成燃料所消耗的能量遠(yuǎn)大于合成燃料所能產(chǎn)生的能量。

美國(guó)海軍的“水變油”從原理上來說是沒問題的，那么它的實(shí)用性如何呢？另外，電解水制氫很常見也容易理解，但為什么要從海水中獲得二氧化碳，空氣中不是很多嗎？美國(guó)海軍的宣傳文章指出，海水中的二氧化碳濃度為100毫克/升，是空氣中二氧化碳含量的140倍。

如果認(rèn)真分析，會(huì)發(fā)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)是很不現(xiàn)實(shí)的。先說最基本的能量問題，這項(xiàng)“水變油”的燃料制取技術(shù)，是利用從外界獲得的能量逆向合成碳?xì)浠衔铩Ｃ绹?guó)海軍艦隊(duì)總不能靠燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電為這套燃料制取裝置提供能量，唯一可行的能量來源就是航空母艦的核反應(yīng)堆。

以美國(guó)海軍的“尼米茲”級(jí)核動(dòng)力航空母艦為例，它裝有兩個(gè)最大軸功率104兆瓦的核反應(yīng)堆，再以航空煤油熱值的低位42.5兆焦/千克計(jì)算，即使軸功率全用于制取燃料，而且能量轉(zhuǎn)換率100%，也不過每天可制取422.85噸航空煤油?！澳崦灼潯奔?jí)航母的發(fā)電機(jī)功率僅有64兆瓦，即使加上這一塊也僅有270兆瓦左右的功率，新一代的“福特”級(jí)航母，在保持104兆瓦軸功率的同時(shí)發(fā)電功率提高了3倍，但兩個(gè)反應(yīng)堆的總功率也只有約600兆瓦，或者說每天輸出功率只相當(dāng)于約1220噸航空煤油的能量。

制取燃料需耗費(fèi)大量能源 核航母也難負(fù)擔(dān)

核反應(yīng)堆也不可能一直滿負(fù)荷運(yùn)行，“俄亥俄”級(jí)核潛艇的反應(yīng)堆的堆芯壽命為500滿功率天，“尼米茲”級(jí)的反應(yīng)堆也與其相近，美國(guó)海軍還不至于殺雞取卵，為了幾百天內(nèi)連續(xù)大量制取碳?xì)淙剂暇妥尯侥傅姆磻?yīng)堆報(bào)廢。航母的反應(yīng)堆輸出功率不可能都用于發(fā)電，否則航母就成了海上固定機(jī)場(chǎng)了。即使是航母上發(fā)的電也只有少部分能用于制取碳?xì)淙剂?，制取過程中電解水制氫、二氧化碳和氫氣制取烴、烴的齊聚都需要能量，加上反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和能量利用率問題，最終能制取碳?xì)淙剂系乃俣瓤峙率呛茈y令人滿意的。如果最后一天只有十幾噸或是幾噸的制取量，那么航母攜帶這樣的裝置，其實(shí)際效果是可以忽略的，原因是這樣的制取量連維持航母上艦載機(jī)日常訓(xùn)練都不夠。