鎂金屬化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈且儲(chǔ)藏著巨大能量，研究人員們正在想辦法設(shè)計(jì)一個(gè)可控的方式從鎂中獲得能量。
能量的儲(chǔ)藏是被廣泛接受和應(yīng)用的最大障礙之一。電池的體積龐大且充電耗時(shí)。氫能通過(guò)電解水獲得，并用于燃料電池，但難以控制?，F(xiàn)在似乎出現(xiàn)了另外一個(gè)選擇：鎂。我們?cè)诨瘜W(xué)課上都學(xué)過(guò)，鎂金屬化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)烈且儲(chǔ)藏著巨大能量。點(diǎn)燃一小塊鎂帶就能釋放出足夠大的光熱。研究人員們正在想辦法設(shè)計(jì)一個(gè)可控的方式從鎂中獲得能量。
英國(guó)不列顛哥倫比亞省白石鎮(zhèn)MagPower的工程師已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種金屬空氣電池，該電池通過(guò)使用水、空氣與作為陽(yáng)極電源的鎂金屬進(jìn)行反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能。以色列巴伊蘭大學(xué)的Doron Aurbach教授制造了世界上第一個(gè)鎂鋰充電電池，該電池壽命長(zhǎng)，并且性能穩(wěn)定。Aurbach博士指出，通過(guò)可再生原料儲(chǔ)存電能是一種令人滿(mǎn)意的方式。而來(lái)自美國(guó)帕薩迪納加州理工學(xué)院的Andrew Kindler正在開(kāi)發(fā)一種通過(guò)鎂與蒸汽反應(yīng)，從而為行駛在路上的燃料汽車(chē)提供氫的方法，這一反應(yīng)能產(chǎn)生適合燃料電池的氫，而此過(guò)程中同時(shí)產(chǎn)生的氧化鎂則是一種相對(duì)不錯(cuò)的副產(chǎn)品。
當(dāng)然，問(wèn)題還是存在的，正如日本東京理工大學(xué)的Takashi Yabe教授所言，雖然鎂的儲(chǔ)量豐富，但工業(yè)制鎂既不廉價(jià)也不環(huán)保，無(wú)論是電解法還是被稱(chēng)為“皮江法”的高溫反應(yīng)法，其過(guò)程都是耗能驚人。據(jù)Yabe博士介紹，產(chǎn)生1公斤的鎂大約需要10公斤的煤。
為改變這一現(xiàn)狀，Yabe博士正在研發(fā)一種使用可再生能源的制鎂法。該方法通過(guò)使用集中的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)一個(gè)激光發(fā)射器，從而使從海水中提取的氧化鎂溫度不斷升高直到燃燒——海水中儲(chǔ)存著大量的鎂能，足夠世界使用30萬(wàn)年。Yabe博士指出，必須使用太陽(yáng)能作為驅(qū)動(dòng)的激光器，太陽(yáng)能本身是不能產(chǎn)生反應(yīng)所需要的3700攝氏度高溫的。Yabe博士把該方法稱(chēng)為“鎂注射循環(huán)”。
提純后的鎂將被用作燃料(其能量密度是氫的10倍)。當(dāng)鎂與水混合時(shí)就會(huì)散發(fā)出熱量，從而產(chǎn)生蒸汽，驅(qū)動(dòng)渦輪產(chǎn)生動(dòng)力。化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程中同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生氫——另一種珍貴的燃料，副產(chǎn)品是水和氧化鎂，而氧化鎂又可通過(guò)激光產(chǎn)生鎂，這就是Yabe博士津津樂(lè)道的“鎂循環(huán)”。
現(xiàn)在的困難是集中的太陽(yáng)能收集器體積比較龐大而且價(jià)格不菲，而驅(qū)動(dòng)的激光器功率偏低。為此，Yabe博士使用一個(gè)相對(duì)較小的菲涅耳透鏡來(lái)放大激光。這種透明的平坦薄透鏡由一些同心環(huán)棱鏡組成，此類(lèi)棱鏡常用于燈塔。Yabe博士的另一個(gè)對(duì)策就是通過(guò)激光材料——釹摻雜釔鋁石榴石來(lái)增加輸出功率。通過(guò)在激光材料中摻雜鉻，該材料從陽(yáng)光中吸收的能量迅速上升，從最初的7%提升到67%。
Yabe博士與三菱公司合作，在日本千歲市建造了示范工廠。該示范工廠能從激光中產(chǎn)生80瓦的功率，這一功率足夠切割鋼板，亦能從海水中提取70%的鎂。據(jù)Yabe博士介紹，當(dāng)激光功率達(dá)到400瓦時(shí)，整個(gè)過(guò)程將在經(jīng)濟(jì)上可行，而這一成果預(yù)計(jì)可于今年達(dá)成。“開(kāi)始時(shí)，我們計(jì)劃用300個(gè)激光器每年制造出50噸的鎂。到那時(shí)，說(shuō)服這個(gè)世界考慮鎂經(jīng)濟(jì)而不是氫經(jīng)濟(jì)就不是一個(gè)難題了。”Yabe博士補(bǔ)充道。