冰雪有大用

顏士州

冰能燃燒

大千世界，無奇不有。2017年5月18日，我國在南海1266米海底以下的海床中試采可燃冰獲得成功，使得我國的可燃冰開采技術(shù)領(lǐng)跑世界。

可燃冰是一種環(huán)保新能源，它是一種奇特的冰塊，像煤塊一樣能直接燃燒。真令人不可思議！然而，科學(xué)家們經(jīng)過取樣分析，發(fā)現(xiàn)了其中奧秘：原來這種冰是由一種天然氣——甲烷的水溶液凝結(jié)而成的。當(dāng)溫度很低時(shí)，它的形態(tài)跟普通冰一模一樣;但當(dāng)溫度升高時(shí)，它開始融化，內(nèi)部的甲烷氣體便大量揮發(fā)出來，同時(shí)體積也會(huì)增大一百多倍。大家知道，甲烷是一種燃燒性能很好的氣體燃料，所以這種冰能燃燒。

可燃冰在蘊(yùn)藏天然氣的凍土地帶最容易生成。因?yàn)闅夂蜃兝洹⒌貙訙囟冉档蜁r(shí)，其中的水便和天然氣凝固在一起，形成可燃冰。另外，在大洋深處，長年累月沉積于海底的各種海洋生物尸骸會(huì)腐敗分解，不斷釋放甲烷氣體;而海底的壓力很大，甲烷氣體不易上浮，便在海底沉積層的孔隙里生成冰晶狀的甲烷水合物。

據(jù)科學(xué)家估算，地球上可燃冰礦的蘊(yùn)藏量十分驚人，可能是煤、石油和天然氣總量的3倍。例如，在美國和加拿大的沿海海域，可燃冰礦藏量就達(dá)數(shù)百億立方米，可供開采數(shù)百年。如果能將地球上所有可燃冰礦都開采出來，世界能源危機(jī)將會(huì)大大緩解。

冰雪制冷

很久以前，古人就已懂得用冰雪來制冷。每年冬季，他們鑿取江河湖泊的冰塊，貯藏于地下冰窖里，保存到來年夏季備用。早在戰(zhàn)國時(shí)代，秦國就建造過專供王室成員消暑用的冰宮，宮里設(shè)置許多巨大的空心銅柱，柱內(nèi)放入從冰窖取來的冰塊，使宮內(nèi)變得涼爽宜人。在南宋都城臨安（今杭州），每逢盛夏酷暑來臨，皇宮中便抬進(jìn)數(shù)十只巨大的金盆，盆中堆滿冰塊。這樣一來，盡管宮外赤日炎炎似火燒，宮里卻是涼氣習(xí)習(xí)如深秋。

在空調(diào)普及的今天，冰雪制冷重新受到科學(xué)家的青睞。不久前，美國普林斯頓大學(xué)的科學(xué)家們將5000 噸冬雪保存到夏天，利用它釋放的“冷能”為一座大樓提供制冷;日本科學(xué)家也打算在炎熱的夏季，將融化的雪水通過管道輸送到大樓的每個(gè)房間，以降低室溫;日本的一個(gè)農(nóng)業(yè)試驗(yàn)場(chǎng)則在谷物和蔬菜庫房周圍堆起厚厚的積雪，使室溫保持在0℃左右，數(shù)月后，貯存的谷物和蔬菜依然新鮮。

更有意思的是，有人提出將南極的大冰山運(yùn)到那些終年驕陽似火、酷暑難耐的熱帶城市里。一座巨大的冰山可降低整座城市的氣溫，使全城居民都能免受酷熱之苦。據(jù)估計(jì)，一座大冰山全部消融大約需要3 年時(shí)間。因此，這種設(shè)想也有一定現(xiàn)實(shí)意義。只不過，將冰山從南極搬運(yùn)出來卻不是一件輕而易舉的事情，還有許多難題有待人們?nèi)スタ恕?/p>

冰雪發(fā)電

日本秋田大學(xué)的科學(xué)家們別出心裁，提出一種利用積雪發(fā)電的方案，并已做了一系列試驗(yàn)，取得初步成功。這種積雪發(fā)電裝置在結(jié)構(gòu)上跟電冰箱有點(diǎn)相似，但體積要龐大得多。在白雪皚皚的山上安裝冷凝器，在山腳下設(shè)置蒸發(fā)器，再用兩根長管子將它們連接起來，并抽出管內(nèi)空氣，注入制冷劑氟利昂。然后，將附近工廠的余熱廢水引到蒸發(fā)器四周。因?yàn)榉汉堋芭聼帷保词乖?℃以下的低溫環(huán)境，它也會(huì)不煮自沸，所以液態(tài)氟利昂在蒸發(fā)器里急劇沸騰汽化，強(qiáng)大的氣流沿著管道向上沖，把設(shè)在管道中部的汽輪發(fā)電機(jī)沖擊得“呼呼”直轉(zhuǎn)，這樣，電力就產(chǎn)生了。發(fā)過電的氟利昂氣體繼續(xù)向上，進(jìn)入山上的冷凝器，被周圍溫度極低的積雪冷卻，凝結(jié)成液體，再沿另一根管道返回地面蒸發(fā)器。如此周而復(fù)始，不斷循環(huán)，電力也就源源不斷了。

科學(xué)家們還打算利用這種裝置的工作原理，在北冰洋建造“冰洋發(fā)電站”。極地世界氣溫低達(dá)零下幾十?dāng)z氏度，但由于覆蓋在洋面上的冰層猶如一條厚厚的棉被，它底下的海水溫度始終保持在-1℃～ 3℃范圍內(nèi)，人們將發(fā)電裝置的蒸發(fā)器安裝在冰層下面“溫暖”的海水里，而將冷凝器設(shè)置在冰面上，汽輪發(fā)電機(jī)就能發(fā)電了。

冰雪發(fā)電雖然已取得初步成功，但離實(shí)用化尚有很長的距離，已建成的發(fā)電裝置功率和容量都很小;再說，采用氟利昂也非良策。這些都有待進(jìn)一步改進(jìn)。