笔下文学

第五章 能源的新出路（第3页）

2005年1月17日，南极上空885公里，发生了一起看似偶然的“宇宙交通事故”——一块31年前发射的，美国雷神火箭推进器遗弃物，与中国6年前发射的长征四号火箭CZ-4碎片相撞。这是一起典型的“宇宙交通肇事案”！

其实，自上世纪50年代人类开始“进军”宇宙以来，已经发射了4千多次航天运载火箭。据不完全统计，太空中现有直径大于10厘米的碎片9千多个，大于1。2厘米的有数十万个，而漆片和固体推进剂尘粒等微小颗粒可能数以百万计。千万不要小看了这些零零碎碎的太空垃圾，由于飞行速度极快（6～7公里秒），它们都蕴藏着巨大的杀伤力。一块10克重的太空垃圾撞上卫星，相当于两辆小汽车以100公里的时速迎面相撞——卫星会在瞬间被打穿或击毁；一颗迎面而来的直径为0。5毫米的金属微粒，足以戳穿密封的飞行服；人们肉眼无法辨别的尘埃（如油漆细屑、涂料粉末）也能使宇航员殒命；一块仅有阿司匹林药片大的残骸可将人造卫星撞成“残废”，可将造价上亿美元的航天器送上绝路。在人类太空史上，太空垃圾造成的事故和灾难屡见不鲜。

1983年，美国航天飞机“挑战者”号与一块直径0。2毫米的涂料剥离物相撞，导致舷窗被损，只好停止飞行。前苏联的“礼炮—7”号轨道站也多次被此类“尘埃”损坏。1986年，“阿丽亚娜”号火箭进入轨道之后不久便爆炸，成为564块10厘米大小的残骸和2300块小碎片，这枚火箭的残骸使两颗日本通信卫星“命赴黄泉”！1991年9月15日，美国发射的“发现者”号航天飞机差一点与前苏联的火箭残骸相撞，当时“发现者”号与这个“不速之客”仅仅相距2。74千米，幸亏地球上的指挥系统及时发来警告信号，它才免于丧生。

总之，这些垃圾就像高速公路上那些随意乱开的汽车一样，你不知道它什么时候刹车，什么时候变线。它们是宇宙交通事故最大的潜在“肇事者”，对于飞行器和宇航员来说都暗藏着巨大的威胁。

目前来看，地球周围的宇宙空间还算开阔，太空垃圾在太空中发生碰撞的概率很小，但一旦撞上，你一定了解“雪崩效应”是什么——每一次撞击并不能让碎片互相湮灭，而是产生更多的碎片，而每一个新的碎片又是一个新的碰撞危险源。我们设想一下，如果有一天，地球周围被这些太空垃圾挤满的时候，人类探索宇宙的道路该何去何从呢？事实上，这并不是不可能的。随着人类太空史上的一次次壮举，太空垃圾与日俱增。据统计，目前约有3000吨太空垃圾在绕地球飞奔，而其数量正以每年2％～5％的速度增加。科学家们预测，太空垃圾以此速度增加，将会导致灾难性的连锁碰撞事件发生，如此下去，到2300年，任何东西都无法进入太空轨道了。

太空垃圾不仅给航天事业带来了巨大隐患，成为人造卫星和轨道空间站的潜在杀手，使宇航员的安全受到严重威胁，而且还污染了宇宙空间，给人类带来了灾难，尤其是核动力发动机脱落，会造成放射性污染。还有，太空垃圾造成的光线散射将会使人类对宇宙空间星体的观测受到影响。因此，现在越来越多的人呼吁“尽早找出治理宇宙空间垃圾的办法”。目前来看，美国、日本等国正在研究怎样减少、清除太空垃圾的方法，比如，1992年5月，美国发射升空的航天飞机“奋进号”的任务就是回收一颗游荡在宇宙空间的卫星，并把它重新发回静止轨道。有科学家认为，“将来宇宙空间往返的航天飞机或许将活跃在回收和清除太空垃圾的领域”。

9．天然气，最洁净的燃料

从广义的定义来说，天然气是指自然界中天然存在的一切气体，包括大气圈、水圈、生物圈和岩石圈中各种自然过程形成的气体。而人们长期以来通用的“天然气”的定义，是从能量角度出发的狭义定义，是指天然蕴藏于地层中的烃类和非烃类气体的混合物，主要存在于油田气、气田气、煤层气、泥火山气和生物生成气中。

天然气又可分为伴生气和非伴生气两种。伴随原油共生，与原油同时被采出的油田气叫伴生气；非伴生气包括纯气田天然气和凝析气田天然气两种，在地层中都以气态存在。凝析气田天然气从地层流出井口后，随着压力和温度的下降，分离为气液两相，气相是凝析气田天然气，液相是凝析液，叫凝析油。

天然气是一种无色的气体，因此它是看不见、摸不着的。但是它有气味，人们可以凭嗅觉来发现它的存在。天然气的主要成分是甲烷，其次是乙烷、丙烷、丁烷，其他还有二氧化碳、硫化氢、氮、氢等气体。天然气性质活泼，易飘散、燃烧，燃烧时无烟无灰，是较为洁净的燃料。1000立方米天然气产生的热量，相当于3000千克煤或6立方米木炭发出的热量。天然气还是制造合成氨、乙炔、氢氰酸、甲醇、酒精、合成纤维、炭黑等的重要化工原料。

与煤炭、石油等能源相比，天然气在燃烧过程中产生的能影响人类呼吸系统健康的物质极少，产生的二氧化碳仅为煤的40%左右，产生的二氧化硫也很少。天然气燃烧后无废渣、废水产生，具有使用安全、热值高、洁净等优势，所以，我们称它为洁净的燃料。

天然气的成因和石油相似，但它分布的范围和生成温度范围要比石油广得多。即使在较低温度条件下，地层中的有机物也能在细菌的作用下形成天然气。有的天然气蕴藏在不含石油的岩层里；有的和石油贮存在一起。钻探石油时发生的井喷，就是由于地层中的天然气在高压下向外喷发的缘故。

世界上已查明的天然气储量为100多万亿立方米。前苏联和伊朗两国占世界总储量的一半以上。其中，前苏联居世界第一，储量有41万亿立方米。所以，前苏联又是最大的天然气出口国。估计南极大陆天然气的储藏量有3000亿立方米。中国是天然气资源丰富的国家。据1987年底估计，我国大陆及沿海大陆架拥有天然气总资源量为3～4万亿立方米。并且已找到十多个气量在50亿立方米以上的天然气田，其中气量在100亿立方米以上的中型气田6个。1982年起，中美合作勘探的莺歌海天然气田，已探明天然气地质储量超过1000亿立方米。

其实天然气是一种稀缺的资源，尽管我国的天然气总体上较为丰富，但储量在世界天然气总量中却只有3%。还有一个不容忽视的问题是，我国缺少特大型气田，许多气田已进入中后开采期：天然气资源探明程度较低。特别是资源丰富的西部气区和近海气区可采储量的探明率更低。此外。目前世界天然气消费占一次能源23％，而我国却只有2。8%，到2015年才达到8%～10%。正是资源勘探程度和探明率较低，以及我国今后将加大天然气在一次能源中的比重，为今后天然气探采业的发展留下了巨大空间。

我们的生活离不开天然气，天然气利用领域非常广泛，除了能用于炊事外，还可广泛作为发电、石油化工、机械制造、玻璃陶瓷、汽车、集中空调的燃料或原料。随着科技的发展，在未来的世界里人类肯定会找到比天然气更为理想的能源。但不管将来谁取代天然气，天然气将起到向新能源迈进的不可替代的重要的桥梁作用。

10．永不枯竭的风能

在自然界中，风是一种可再生、无污染而且储量巨大的能源。随着全球气候变暖和能源危机，各国都在加紧对风力的开发和利用，尽量减少二氧化碳等温室气体的排放，保护我们赖以生存的地球。

风能是太阳辐射下流动所形成的。风能与其他能源相比，具有明显的优势，它蕴藏量大，是水能的10倍，分布广泛，永不枯竭，对交通不便、远离主干电网的岛屿及边远地区尤为重要。风力发电，是当代人利用风能最常见的形式，自19世纪末，人们认识到石油等能源或许会枯竭，才重视风能的发展，利用风来做其它的事情。

那么，风能是如何产生的呢？由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同和空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，在水平方向高压空气向低压地区流动，即形成风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。风能密度是单位迎风面积可获得的风的功率，与风速的三次方和空气密度成正比关系。

据估算，全世界的风能总量约1300亿千瓦，中国的风能总量约16亿千瓦。风能资源受地形的影响较大，世界风能资源多集中在沿海和开阔大陆的收缩地带，如美国的加利福尼亚州沿岸和北欧一些国家，中国的东南沿海、内蒙古、新疆和甘肃一带风能资源也很丰富。

风能的利用主要是以风能作动力和风力发电两种形式，其中又以风力发电为主。风能作动力就是利用风来直接带动各种机械装置，如带动水泵提水等。这种风力发动机的优点是：投资少、工效高、经济耐用。目前，世界上约有一百多万台风力提水机在运转。澳大利亚的许多牧场，都设有这种风力提水机。在很多风力资源丰富的国家，科学家们还利用风力发动机铡草、磨面和加工饲料等。

利用风力发电，以丹麦应用最早，而且使用较普遍。丹麦虽只有500多万人口，却是世界风能发电大国和发电风轮生产大国，世界10大风轮生产厂家有5家在丹麦，世界60%以上的风轮制造厂都在使用丹麦的技术，是名副其实的“风车大国”。

截止到2008年底，世界风力发电总量居前3位的分别是德国、西班牙和美国，三国的风力发电总量占全球风力发电总量的60%。此外，风力发电还逐渐走进居民住宅。在英国，迎风缓缓转动叶片的微型风能电机正在成为一种新景观。家庭安装微型风能发电设备，不但可以为生活提供电力，节约开支，还有利于环境保护。堪称世界“最环保住宅”就是由英国著名环保组织“地球之友”的发起人马蒂·威廉历时5年建造成的，其住宅的迎风院墙前就矗立着一个扇状涡轮发电机，随着叶片的转动，不时将风能转化为电能。

我国风力资源丰富，可开发利用的风能储量为10亿千瓦。对风能的利用，特别是对我国沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，具有十分重要的意义。

由于风电属于新能源范畴，无论是成本还是技术同传统的火电、水电相比还有较大的差距，因而风电的快速发展需要国家政策的大力扶持。纵观风电发展迅速的国家如德国、西班牙、印度，无一例外地都给予风电产业巨大的政策优惠。我国对风电的政策支持由来已久，力度也越来越大，政策支持的对象也由过去的注重发电转向了注重扶持国内风电设备制造。国家的政策支持将是风电设备制造业迅猛发展的根本保障，随着中国国产风机设备的自主制造能力不断加强，国家的政策支持力度也将越来越大，风电设备制造业面临难得的历史发展机遇。

现在，无论是在广阔的草原，还是在杲杲的山岭，我们都会看到一座座能抗风暴袭击而稳定运行的风力发电站。每当大风来临，收集机就会自动调转方向，迎接风的犀利，任凭风力有多大，来势有多猛，它一概取之，转成电能储存起来，为人们提供电力。这样，即使在远离城市的乡村和牧场都可以用上电，过上幸福的生活。

11．黑色的金子——煤炭

煤炭是一种固体可燃的有机岩，主要由植物遗体经生物化学作用，埋藏后再经地质作用转变而成。俗称煤炭。它是古代植物经过生物化学作用和地质作用而改变其物理、化学性质，由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物。

煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮，它是十八世纪以来人类世界使用的主要能源之一。虽然它的重要位置已被石油所代替，但在今后相当长的一段时间内，由于石油的日渐枯竭，必然走向衰败，而煤炭因为储量巨大，加之科学技术的飞速发展，煤炭汽化等新技术日趋成熟，并得到广泛应用，煤炭必将成为人类生产生活中的无法替代的能源之一。

中国是世界上最早利用煤的国家之一。煤作为一种燃料，早在800年前就已经开始。煤被广泛用作工业生产的燃料，是从18世纪末的产业革命开始的。随着蒸汽机的发明和使用，煤被广泛地用作工业生产的燃料，给社会带来了前所未有的巨大生产力，推动了工业的向前发展，随之发展起煤炭、钢铁、化工、采矿、冶金等工业。煤炭在地球上的储量丰富，分布广泛，一般也比较容易开采，因而被广泛用作各种工业生产中的燃料。

煤炭除了作为燃料以取得热量和动能以外，更为重要的是从中制取冶金用的焦炭和制取人造石油，即煤的低温干馏的液体产品——煤焦油。经过化学加工，从煤炭中能制造出成千上万种化学产品，所以它又是一种非常重要的化工原料，如我国相当多的中、小氮肥厂都以煤炭作原料生产化肥。我国的煤炭广泛用来作为多种工业的原料。大型煤炭工业基地的建设，对我国综合工业基地和经济区域的形成和发展起着很大的作用。

煤炭对于现代化工业来说，无论是重工业，还是轻工业；无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业，还是轻纺工业、食品工业、交通运输业，都发挥着重要的作用，各种工业部门都在一定程度上要消耗一定量的煤炭，因此有人称煤炭是工业的“真正的粮食”。

那么，这种“粮食”是如何形成的呢？在地球的历史上，最有利于成煤的地质年代主要是晚古生代的石炭纪、二叠纪，中生代的侏罗纪以及新生代的第三纪。这是因为，在这几个时期内，地球上的气候非常温暖潮湿，地球表面到处长满了高大的绿色植物，尤其在湖沼、盆地等低洼地带和有水的环境里，封印木、鳞木等古代蕨类植物生长得特别茂盛。

当时，高大的树木倒下以后，就会被水淹没了，这就造成了倒木和氧隔绝的情况。在缺氧的环境里，植物体不会很快地分解、腐烂。随着倒木数量的不断增加，最终形成了植物遗体的堆积层。这些古代植物遗体的堆积层在微生物的作用下，不断地被分解，又不断地化合，渐渐形成了泥炭层，这是煤的形成的第一步。