氢气宇宙中最含量多最普遍的元素,它构成了物质宇宙的75%( 二 )


氢气宇宙中最含量多最普遍的元素,它构成了物质宇宙的75%
本文插图
【氢气宇宙中最含量多最普遍的元素,它构成了物质宇宙的75%】当化学家在黑暗中摸索时 , 生物学家们却寻觅到了新思路 。 他们发现了很多产氢细菌 , 一种是化学异养细菌 , 另一种是光合自养细菌 。 据了解 , 产生氢气的异养细菌有30多种 , 它们能发酵糖、醇、有机酸等有机物质 , 吸收一部分化学能以满足生命活动的需要 , 同时把另一部分能量以氢气的形式释放出来 。
光合自养细菌比化学异养细菌更具耐受性 。 它们不需要消耗有机营养素 , 可以像绿色植物一样吸收阳光 , 将简单的无机化合物合成有机化合物以满足自身需要 , 同时释放出氢气 。 阳光取之不尽 , 无机物无处不在 , 光合自养细菌制氢前景广阔 。 迄今为止 , 已发现约13种紫色硫细菌和紫色非硫细菌产氢 。 据报道 , 美国国家航空航天局将把一种光合细菌——红螺菌带到太空 , 并利用它释放氢气作为航天器的能源 。 除了细菌外 , 生物学家还发现 , 当绿藻在缺氧的情况下暴露在阳光下时 , 也会释放出氢气 , 甚至一些高等植物也是光合作用释放氢气的好材料 。
氢气宇宙中最含量多最普遍的元素,它构成了物质宇宙的75%
本文插图
因此 , 深思熟虑的研究人员提出了从植物中提取叶绿体并使其成为“产氢植物”的想法 。 第一台叶绿体制氢装置于1973年在美国推出 。 问题是天然叶绿体的寿命很短 , 因此有必要寻找延长其工作寿命的方法 。
一些科学家还提出了培育“氢树”的想法 。 他们认为 , 如果植物的光合作用保持在水分分解的阶段 , 使氢气不与二氧化碳发生作用 , 而是直接与植物分离 , 那么每一棵“氢树”就可以直接为我们提供纯净的氢气 。
然而 , 这些充满幻想的“未来史” , 只能丰富人们的精神世界 。 下面让我们用氢 , 做一些实际的工作吧 。
在假日里 , 我们总是看到五颜六色的气球 , 大大小小 , 高高飘扬 , 翩翩起舞——这一切都要归功于氢 。 然而 , 人们发现 , 如果氢气泄漏和外部摩擦导致静电 , 它会燃爆并导致灼伤 。 为什么会灼伤?我们知道燃烧的前提是可燃气体达到一定浓度 。 如果装在气球里 , 氢气浓度会比较高 , 但燃烧时间不会很长 , 因为气球破裂后氢气会很快发散 , 很快就会全部燃烧起来 , 所以不会有永久性燃烧 , 大部分是瞬间高温燃烧 。 所以现在 , 更多的氦代替氢被用来填充气球 。
氢气宇宙中最含量多最普遍的元素,它构成了物质宇宙的75%
本文插图
不过 , 最让氢值得“骄傲”的是它很早就涉足航空领域了 , 那可是人类飞越地球的伟大梦想 。
氢用作A-2火箭发动机的液体推进剂 。 1960年 , 液态氢首次被用作太空动力燃料 。 1970年 , 美国发射的阿波罗飞船使用的起飞火箭也使用了液态氢燃料 。 再加上我们的神舟系列飞船 , 氢已经成为火箭领域的一种常用燃料 。
氢气宇宙中最含量多最普遍的元素,它构成了物质宇宙的75%
本文插图
对于航天飞机来说 , 降低燃料重量和增加有效载荷更为重要 。 由于氢的能量密度很高 , 燃烧后每公斤氢的热量大约是汽油的三倍——这意味着燃料的重量可以减少三分之二 , 这无疑对航天飞机非常有利的 。
储存氢有两种方法:物理和化学 。 有两种物理方法:一种是液氢法 , 它的能量密度最大 。 难点在于 , 将液氢容器温度控制在253℃以下是一项非常困难的保温技术;另一种是将其储存在金属容器内的高压(2000-3000kpa) , 即能量密度小、储氢能力小的高压圆筒法 。
目前最热门的研究是金属“吸收”氢 , 反应生成金属氢化物 , 同时放出热量 。 之后 , 这些金属氢化物被加热 , 再次分解 , 释放出储存在其中的氢 。 这些“吸收”氢的金属被称为“储氢合金” 。 储氢合金都是固态的 。 当使用氢气时 , 储存在氢气中的氢气通过加热或减压释放出来 。 因此 , 它们都是简单理想的储氢方法 , 主要包括钛储氢合金、锆储氢合金、铁储氢合金和稀土储氢合金 。 科学家正在研制一种叫做“固态氢”的宇宙飞船 。 固体氢可作为航天器的结构材料和动力燃料 。 在飞行过程中 , 航天器的所有非重要部件都可以转化为能量“消耗” , 使航天器在太空中飞行更长时间 。