美国海军“水变油”项目的真相.doc

美国海军“水变油”项目的真相
　　2012年10月，美国《海军时报》称该国海军已在研制新型燃料，希望在2020年让海军50%的能耗使用替代燃料，从而削减海军对化石燃料的依赖。这里所谓的“替代燃料”就包括了“从海水中直接转化生成JP-5航空煤油” 的项目。按照设计规划，这项技术是从海水中提取二氧化碳和氢气，然后采用一种特殊的化学催化技术，将它们合成为水、热量和合成烃类碳氢燃料。从理论上看，不仅JP-5煤油，其他任何碳氢燃料也都能够通过该方法合成，而且所生成的淡水和热能等副产品在舰船上也同样是有用的“宝贝资源”。
　　两年之后的2014年4月7日，美国海军官方网站发布消息，称美国海军研究实验室成功完成了从海水中制取燃料的演示试验，并用制取的燃料成功地驱动一架模型飞机飞上天空。水真的可以超越基本的化学原理变成油吗？答案当然是否定的。那么，美国海军实现“水变油”奇迹的真相到底是怎么回事呢？
　　中国王洪成的“海水变油”项目回顾
　　20世纪80―90年代，黑龙江省哈尔滨市公用事业局汽车公司的司机王洪成发明的“水基燃料”曾经名噪一时。1984年3月，王洪成在递交给哈尔滨市科委的报告中称，其经过2800多次试验，于1982年11月初步试验成功新型“水基燃料”。王洪成称，水基燃料主要原料为江水、海水、自来水，添加剂（功能材料）的体积约占水的万分之一至十万分之一；添加剂中有5种材料需要缓慢“发酵”处理，“发酵”时间约600小时。报告还称，水基燃料试验成功后，先后进行过30多次大小客车、货车与拖拉机行车试验，使用动力效果都很好。
　　但是，只要具备基本化学常识的人都知道，水是无法变成油的。1997年11月，王洪成因生产、销售伪劣商品犯罪而锒铛入狱。
　　利用海水制取燃料，而不是把水变成油
　　美国海军是如何利用海水制取燃料的呢？虽然美国海军网站的文章中用了“创新”、“游戏改变”等溢美之词，不过它的原理相当简单。海军研究试验室的这项成果，就是从海水中获得二氧化碳和氢，然后将这两种物质转换为液体的碳氢燃料。实际上，该项技术的制取原理在19世纪已被法国化学家萨保罗?巴蒂尔发现，当时，萨保罗?巴蒂尔发现了使用二氧化碳生成甲烷的反应，这个反应又称萨巴蒂尔反应或甲烷化反应。
　　萨巴蒂尔反应是放热反应，只需要加上镍或是其他催化剂，它就会自发进行。这种反应早已在工业领域得到了广泛应用，载人航天领域也曾研究过使用萨巴蒂尔反应实现二氧化碳的再循环并生产水和燃料。
　　实际上，美国海军的“水变油”项目管理人员借鉴了该生产工艺，项目报告提到：要减少不需要的甲烷并增加分子链更长的不饱和烃（烯烃）的产量。这种“改进”使该项目成果穿上了华丽的外衣，吸引了全世界的目光。
　　制取工艺可看做费拖工艺的变种
　　根据介绍，美国海军研究试验室的碳氢燃料制取装置，首先要使用一个电阳离子交换模块（E-CEM）从海水中提取二氧化碳，其提取效率可达92%，同时这个模块还将（电解）生产氢气。有了二氧化碳和氢气，制取烃不过是举手之劳。萨巴蒂尔反应是最简单也是最容易的反应之一，甲烷作为火箭燃料是合适的，但美国海军的战舰和飞机并不适用液体甲烷燃料，而是使用碳氢化合物如煤油和柴油等石油裂解制取得到的液体碳氢燃料，因此美国海军研究试验室使用的是不同的反应。
　　在碳氢燃料合成装置中，二氧化碳和氢气将在铁基催化剂的作用下转化为以烯烃等为主的不饱和链烃类，最后在镍基催化剂的作用下进行齐聚反应，变成分子中含有9～16个碳原子的液体碳氢混合物燃料。从这样的描述看，最终获得的碳氢燃料和JP-5油料的特征较为相似，P-51模型飞机使用它进行飞行并不存在技术难题。事实上，美国海军的技术虽然不是100多年前的甲烷化反应，但也没什么新奇而言。现在热门的煤制油产业，间接液化法的费托合成可以说是主流技术。
　　费托合成就是使用一氧化碳和氢在铁基催化剂的作用下，合成液体碳氢燃料的工艺过程，1923年这项工艺就完成开发。真相是：把溶解在海水中的碳酸氢盐提取出来变成二氧化碳和氢，再用催化剂聚合成烃。这就跟第二次世界大战期间德国开发的人工合成汽油差不多，即想方设法把碳氢氧组合成飞机燃料。第二次世界大战后南非萨索尔公司改进费托合成方式，也曾在南非石油禁运期间生产了大量液体碳氢燃料。
　　但是，这个制造过程的致命问题是：制造合成燃料所消耗的能量远大于合成燃料所能产生的能量。
　　美国海军的“水变油”从原理上来说是没问题的，那么它的实用性如何呢？另外，电解水制氢很常见也容易理解，但为什么要从海水中获得二氧化碳，空气中不是很多吗？美国海军的宣传文章指出，海水中的二氧化碳浓度为100毫克/升，是空气中二氧化碳含量的140倍。
　　如果认真分析，会发现这项技术是很不现实的。先说最基本的能量问题，这项“水变油”的燃料制取技术，是利用从外界获得的能量逆向合成碳氢化合物。美国海军舰队总不能靠燃气轮机发电为这套燃料制取装置提供能量，唯一可行的能量来源就是航空母舰的核反应堆。
　　以美国海军的“尼米兹”级核动力航空母舰为例，它装有两个最大轴功率104兆瓦的核反应堆，再以航空煤油热值的低位42.5兆焦/千克计算，即使轴功率全用于制取燃料，而且能量转换率100%，也不过每天可制取422.85吨航空煤油。“尼米兹”级航母的发电机功率仅有64兆瓦，即使加上这一块也仅有270兆瓦左右的功率，新一代的“福特”级航母，在保持104兆瓦轴功率的同时发电功率提高了3倍，但两个反应堆的总功率也只有约600兆瓦，或者说每天输出功率只相当于约1220吨航空煤油的能量。
　　制取燃料需耗费大量能源 核航母也难负担
　　核反应堆也不可能一直满负荷运行，“俄亥俄”级核潜艇的反应堆的堆芯寿命为500满功率天，“尼米兹”级的反应堆也与其相近，美国海军还不至于杀鸡取卵，为了几百天内连续大量制取碳氢燃料就让航母的反应堆报废。航母的反应堆输出功率不可能都用于发电，否则航母就成了海上固定机场了。即使是航母上发的电也只有少部分能用于制取碳氢燃料，制取过程中电解水制氢、二氧化碳和氢气制取烃、烃的齐聚都需要能量，加上反应的转化率和能量利用率问题，最终能制取碳氢燃料的速度恐怕是很难令人满意的。如果最后一天只有十几吨或是几吨的制取量，那么航母携带这样的装置，其实际效果是可以忽略的，原因是这样的制取量连维持航母上舰载机日常训练都不够。
5 / 5