金属镁——未来的新能源

新能源难以得到广泛应用的主要原因之一是能量的储存问题。电池比较笨重，而且充电需要较长时间；氢能源，虽然可以从电解水中得到，还可用于燃料电池，但是处理起来容易发生危险。目前，国外科学家正在扩展他们的新能源思路，即关注一种此前从未受到重视的物质——金属镁，认为它有可能成为新能源的一种替代品。从中学的化学课本上，人们就知道金属镁的活性非常大，并且蕴含着巨大能量——即使是少量的镁条燃烧，也会产生大量的白色火焰。研究人员现在正试图寻找从镁中提取能量的更好方法。

加拿大不列颠哥伦比亚省怀特罗克市MagPower公司的工程师们已经研究出了一种新型的金属燃料电池：这种电池利用水和空气与镁发生反应，以镁作为金属阳极，产生电能。以色列耶路撒冷希伯来大学的多伦·奥尔巴奇博士研制出了一种以镁为基础的锂离子可充电的电池，这种电池寿命长且比较稳定。奥尔巴奇博士称，利用可再生能源来储存电能是个非常理想的方法。美国帕萨迪纳市加州理工学院的安德鲁·金德勒则另辟蹊径，研究出利用金属镁和液体反应生成氢气的方法。如此反应所生成的纯净氢气可以作为燃料电池的能源，反应生成的副产品氧化镁则是一种相对无害的物质。

但是，要将金属镁作为能源付诸于实际应用还存在不少问题。日本东京工业大学的矢边尚博士指出，虽然在自然界当中镁的含量非常丰富，但是镁的提取和制造成本很高，而且也不环保。目前镁有很多的工业制造方法，例如电解方法或是一种称为“皮江法”的高温提镁工艺，能源成本都非常高。矢边尚博士说，生产1 kg的镁大概需要消耗10 kg的煤。

为了改变这一状况，矢边尚博士研究出一种仅利用可再生能源的工艺。他的方法是利用集中的太阳能产生激光，从而加热并最终燃烧从海水当中提取出的氧化镁。矢边尚博士说，海水当中的氧化镁储量巨大，至少够全世界使用30万年。他进一步解释，利用太阳能产生激光是必须的，因为仅靠太阳能无法产生3 700℃的高温，而这个温度是氧化镁产生反应的必须条件。矢边尚博士将他的工艺称为“镁注射循环”方法。

纯净的镁能够作为一种燃料（它的能量密度大约是氢气的10倍）。镁和水混合在一起会产生热量，将水加热产生为水蒸气，驱动涡轮机做功。反应还会产生氢气，它燃烧时能够产生更大的能量。反应的产物是水和氧化镁，可以通过激光再次转化。

当然，这种工艺并不是十全十美，其主要问题在于太阳能集热器的体积非常巨大，并且造价昂贵。除此之外，太阳能产生的激光通常功率比较低。矢边尚博士采用的方法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透镜。这种透镜常被安装在灯塔上，用以放大光线。矢边尚博士的另一个方法是大幅度提高激光材料——掺钕钇铝石榴石的能量输出功率。这种物质通常情况下只能吸收来自太阳光的约7%的能量，而涂上铬之后这一数字会提高至67%以上。目前矢边尚博士已经和三菱公司进行合作，在日本千岁市建立了一个示范工厂。这座工厂中的激光设备能够产生80 W的能量，足以切割钢铁和分解出海水当中70%的镁。矢边尚博士说，在激光能产生400 W的能量的时候，“镁注射循环”这种方法在商业上是可行的，近期就有望实现。他说：“开始阶段，我们计划一年使用300条激光射线来生产50 t镁。在这之后，让全世界开始考虑用金属镁替代氢气能源就不会太难了”。