金属镁有望为人类带来新能源

时间:2017-11-26来源:互联网


  日前有欧美科学家正在拓宽他们的新能源思维,将目光锁定在一种此前从未被关注的物质之上——金属镁,认为它有可能成为新能源的一种替代品。金属镁的活性非常大,并且蕴含巨大能量。科学家估算,海水当中的氧化镁至少够全世界消耗30万年,西方的科研人员目前正试图寻找更好的办法,从金属镁中分解出能量。

  加拿大不列颠哥伦比亚省能源公司MagPower的工程师们已经研究出了一种新颖的方法。他们用水和空气与镁燃料发生反应,以镁作为金属阳极制造出了一种新型的金属燃料电池。无独有偶,以色列希伯来大学的多伦·奥巴赫也发明出了一种以镁为基础的锂离子可充电电池,这种电池寿命长且比较稳定。而美国加州理工大学的安德鲁·肯德勒则另辟蹊径,利用镁燃料和液体反应生成氢气,后者可作为燃料电池的能源,反应生成的氧化镁则是一种相对无害的物质。

  但这些新奇的发明距离实际应用还有一定距离。东京理工大学的TakashiYabe博士指出,虽然自然界中镁的含量非常丰富,但镁的提取和制造成本很高,实际操作中还会产生不小的碳排。镁有很多的工业制造方法,比如电解和一种被称为皮江法(PidgeonProcess)的高温提镁工艺,但是这类方法耗能巨大,生产1公斤的镁大致需要消耗10公斤的煤。

  为了改进这一流程,Yabe博士研发出了一种只利用可再生能源的工艺。他的方法是利用高强度太阳能产生激光,从而以极高的温度燃烧海水,从中提取出氧化镁。Yabe博士称,海水当中的氧化镁储量巨大,至少够全世界消耗30万年。他进一步解释称,利用太阳能产生激光是必须的,因为仅靠太阳能无法产生3700摄氏度的高温,而这个温度是提取海水中氧化镁的必备条件。

  Yabe博士将这一方法命名为“镁注射循环”。纯净的镁可以作为一种燃料(其能量密度大致是氢气的10倍)。镁和水混合在一起会产生热量,将水加热为水蒸气,便可通过推动涡轮等方式供能。反应还会产生氢气,燃烧后可以生成更多的能量。最终反应的产物是水和氧化镁,可以通过激光再次转化回来。

  当然,这一工艺也并非十全十美,主要问题集中在太阳能收集器通常非常巨大,并且造价不菲。除此之外,太阳能产生的激光通常功率比较低。Yabe博士采用的对策是使用较小的菲涅耳透镜,这是一种透明、相对较薄的、由同心环棱镜构成的平面反光镜。这种镜子常被安装在灯塔之上,用以放大光线。他的另一个手段就是大幅提升激光材料——掺钕钇铝石榴石的能量输出。这种物质普通情况下只能吸收入射光线中7%的能量,但涂上铬之后这一数字会飙升至67%。

  

  日前有欧美科学家正在拓宽他们的新能源思维,将目光锁定在一种此前从未被关注的物质之上——金属镁,认为它有可能成为新能源的一种替代品。金属镁的活性非常大,并且蕴含巨大能量。科学家估算,海水当中的氧化镁至少够全世界消耗30万年,西方的科研人员目前正试图寻找更好的办法,从金属镁中分解出能量。

  加拿大不列颠哥伦比亚省能源公司MagPower的工程师们已经研究出了一种新颖的方法。他们用水和空气与镁燃料发生反应,以镁作为金属阳极制造出了一种新型的金属燃料电池。无独有偶,以色列希伯来大学的多伦·奥巴赫也发明出了一种以镁为基础的锂离子可充电电池,这种电池寿命长且比较稳定。而美国加州理工大学的安德鲁·肯德勒则另辟蹊径,利用镁燃料和液体反应生成氢气,后者可作为燃料电池的能源,反应生成的氧化镁则是一种相对无害的物质。

  但这些新奇的发明距离实际应用还有一定距离。东京理工大学的TakashiYabe博士指出,虽然自然界中镁的含量非常丰富,但镁的提取和制造成本很高,实际操作中还会产生不小的碳排。镁有很多的工业制造方法,比如电解和一种被称为皮江法(PidgeonProcess)的高温提镁工艺,但是这类方法耗能巨大,生产1公斤的镁大致需要消耗10公斤的煤。

  为了改进这一流程,Yabe博士研发出了一种只利用可再生能源的工艺。他的方法是利用高强度太阳能产生激光,从而以极高的温度燃烧海水,从中提取出氧化镁。Yabe博士称,海水当中的氧化镁储量巨大,至少够全世界消耗30万年。他进一步解释称,利用太阳能产生激光是必须的,因为仅靠太阳能无法产生3700摄氏度的高温,而这个温度是提取海水中氧化镁的必备条件。

  Yabe博士将这一方法命名为“镁注射循环”。纯净的镁可以作为一种燃料(其能量密度大致是氢气的10倍)。镁和水混合在一起会产生热量,将水加热为水蒸气,便可通过推动涡轮等方式供能。反应还会产生氢气,燃烧后可以生成更多的能量。最终反应的产物是水和氧化镁,可以通过激光再次转化回来。

  当然,这一工艺也并非十全十美,主要问题集中在太阳能收集器通常非常巨大,并且造价不菲。除此之外,太阳能产生的激光通常功率比较低。Yabe博士采用的对策是使用较小的菲涅耳透镜,这是一种透明、相对较薄的、由同心环棱镜构成的平面反光镜。这种镜子常被安装在灯塔之上,用以放大光线。他的另一个手段就是大幅提升激光材料——掺钕钇铝石榴石的能量输出。这种物质普通情况下只能吸收入射光线中7%的能量,但涂上铬之后这一数字会飙升至67%。

  Yabe博士目前已经和三菱公司展开合作,在日本千岁地区建立了一个示范工厂。这座工厂中的激光设备能够产生80瓦的能量,足以分解出海水中70%的镁。据Yabe博士透露,当激光能够产生400瓦能量的时候,“镁注射循环”就可以大范围商用。这一幕有望在年底实现,“初始阶段我们计划每年用300条激光射线生产50吨镁。在此之后,我们或许可以考虑一个新的概念了,这就是‘镁经济’”。