让海水燃烧

倪显丽

辽阔的海洋占地球表面积近3/4，海水占地球总水量的96.53%。面对化石能源日益枯竭的今天，是否能让海水燃烧来替代石油能源？海水能否真的被点燃？如果真的是这样，海水燃烧能带给我们什么好处呢？

这个想法看似很好，但让人感觉十分荒诞。然而，一位64岁退休的美国广播工程师约翰，利用自己发明的微波发生器，将这个想法变成了现实。他在一次试验中，非常偶然地发现了一种也许可以把海水中的氢元素变成清洁能源的最佳办法。

这个发现一经媒体公开，立即引发了一场激烈的争论。有人指控说这是个骗局。为了验证这到底是不是一场骗局，美国著名的物理学家，宾夕法尼亚大学材料科学实验室的水科学专家鲁斯图姆，对此深入研究，发现这和以往诸如“水变油”的伪科学不一样，他成功地重现了这项实验结果。

这项新的发现不但促使科学家去理解其背后神秘的物理与化学机制，从而在基础研究领域开辟了新的探索途径，同时也为应用研究揭示了新的方向，也许今天的科学奇观，就能在明天帮助我们用海水生产出清洁的能源。

海水为何可以点燃，是因海水是由氢、氧、卤化钠等组成的咸水，平时海水是处于化学稳定状态，在微波作用后就可以点燃，这不是一种正常反应。这是一个世纪以来，水科学研究领域中最重要的发现。

你也可以操作实脸

首先，先用试管灌上一些海水，并在试管口放上一个蓬松的纸卷。然后，用频率为13.56兆赫、功率为100～250瓦的微波照射该试管。管内液体的温度逐渐上升，达到一定温度时，从管中突然喷出一股强烈的火焰，将管口的纸卷烧作一团。

如同许多其他发现一样，这次的发现也完全出于偶然。广播工程师约翰原本研究的并不是水的特性，而是治疗癌症的方法。作为一名白血病的幸存者，约翰希望通过一种他自己设计的装置来开发一种非侵害性的癌症疗法，用微波加热注射到肿瘤中的碳微粒，这样就可以摧毁肿瘤而不伤害健康的组织。当他尝试将其射频发生器用于癌症治疗以外的其他用途的时候，他观察到了水的燃烧。那时他们正在寻找一种盐水淡化的方法（以此来获得饮用水）。的确，射频波可以加热盐水（盐水吸收射频波的能量），从而把盐和水分离。因为水沸腾后会变成水蒸气，而盐分则会残留在容器中。为了彻底脱盐，他们不断升高试管中的温度，直至纸塞起火燃烧。

真的产生了氢气

这意味着肯定有某种易燃气体从水中释放出来……究竟是怎么回事，借助分光计，研究人员测定了逸出试管的物质分子质量，找到了燃烧的原因：微波加热过程中产生了分子形态的氢（即氢气）。在地球上，自然界中的氢元素主要存在于水和碳氢化合物中。微波能量似乎“打断”了水分子中氢原子和氧原子之间牢固的化学键，将氢元素以氢气的形式释放出来。一旦开始燃烧，只要保持微波照射，我们就能源源不断地采集氢气，或令其持续燃烧，直到耗尽水中所有的氢原子。

虽然目前科学家已经了解了海水燃烧的原因，但对这个过程中导致氢气释放的所有化学反应仍然所知甚少。从基础研究的角度看，还须精确地描述微波是如何打断水分子的化学键，从而释放出氢气的。

推广有待论证

这个发现真的很激动人心。在等待基础研究取得进展的同时，人们关注所有能够产生氢气的系统，已在考虑将这个发现转化为实际应用。目前处于研究焦点的氢气是一种很有前途的能源，它在未来几十年中将得到广泛应用。人们非常看好氢气取代碳氢化合物成为实用能源的前景，如用于燃料电池。其实今天，在“氢化裂解”炼油，或在氨气生产中，氢气已被大量地使用。

置于微波中的水（处于一个与大气隔绝的封闭系统中，这跟放在微波炉里可不是一回事）温度会上升几百摄氏度，但这种温度的上升无法解释所有问题。在这个温度，水会略呈酸性，PH值由7下降到6甚至5，水分子电离成HO+和OH-离子。但这个被称为“离子化”的电离过程并不能释放出氢气。从理论上来说，氢气的释放只能通过以电荷转移为基础的“电解”完成。实验中，显然出现了另一种物理化学反应，这可能是因为水中被加入了盐的缘故。这到底是怎么回事呢？研究人员认为这是一个物理学从来不曾想到的现象，一切都有待理清。

但是，有学者提出疑问，试验中没有说明输入的微波能量有多大，如果输入的能量比输出的能量大许多，那么就没有什么意义了，也就是说燃烧海水是赔本买卖，现在要确认的就是微波制氢的能耗是否比当前两种主要的制氢技术（天然气水蒸气重整和水电解制氢）来得更低。后两种方法的产能效率（即产出的氢气中含有的潜在能量与生产这些氢气所消耗电能的比值）最高只能达到50%和70%。为此，约翰和鲁斯图姆必须对他们的产氢量进行测量，这在目前尚未完成。不过，这项技术或许另有用途，在将来海水淡化方面，微波脱盐或许会成为一种比较经济的海水脱盐方法。