当今人类社会消耗能源已到了空前的水平,据统计,全世界年消耗碳氢化合物已达40亿吨,单石油一项,就耗费50亿吨,如保持这个水平消耗,不消200年,全世界蕴藏的石油、煤、天热气等都将枯竭。因此,科学家已把研究未来能源提到了工作日程上来了。
那么,最有希望的未来能源是什么呢?
科学家们把目光集中在那司空见惯的水上。大家知道,水由氢和氧两种元素组成,水分解后可得到氢气和氧气。氢气是可燃的,它有燃烧值高、无污染等优点,是一种理想的燃料,而氧气又能助燃。目前有一种氢氧电池就是利用氢气的可燃性和氧气的助燃性来发电的,这种电池发电后又生成水,不仅没有污染面且还可循环使用。
困难的是,一切分解水的办法如电解法、等离子馅等,都有成本高的缺点,因此,为了使水能成为理想的能源,必须找到一个廉价的分解水的方法,这种方法能找到吗?
绿色植物的光合作用给人们以有益的启示。
20世纪50年代后,美国卡利文等科学家用同位素示踪原子的方法,基本上探明了绿色植物光合作用的机理。植物靠自身独有的催化剂——酶,能顺利地利用阳光,把根部吸收来的水分解成氢和氧,其中氢用来还原从叶吸收来的二氧化碳,生成碳水化合物。最后,氧以氧气形式释放了出来。人类和世界上的一切动物就是依靠植物的光合作用所“生产”的食物和氧气而生存的。因此,科学家也想模仿绿色植物,用太阳光分解水来制备氢气和氧气。
20世纪60年代以来,美、英和日本等国的科学家竞相开展对这项工作的研究,然而,他们都碰到了一个共同的难题,因为,绿色植物是靠酶催化光解水的,但酶的结构复杂,生性娇嫩,人类还无法大规模地合成酶,更不能有效地使用它,因此,要利用太阳能来分解水,必须找到像酶那样的催化剂。
经过数十年的努力,1986年。美国年轻的化学家斯克拉齐克和康特拉终于找到了一种接近于实用的催化剂,他们用二氧化钛-铁作阳极,白金(铂)作阴极,将两者放入水中,在太阳光照射下,在阳极可得到氧气,在阴极可得氢气。最近美国得克萨斯农业大学的劳伦斯教授又改进了这一催化系统,他把光解水的产率提高到12%~13%,据有关报道说,如果这项实验能够投入生产,那美国市场上的氢气价格可下跌1/3。从此,氢氧电池也可进入千家万户了。
太阳能是取之不尽的,水又是用之不竭的。用太阳能将水分解成氢和氧,而氢氧又可结合成水,如此循环不息,可以源源不断地为人类供应能源,岂不妙哉。
当然,要实现这一目标,困难尚多,但是,它应是人类未来最有希望的能源。
人们期待着科学家的捷报!