一位美国工程师利用自己发明的微波发生器，偶然发现了一种也许可以把海水中的氢元素变成清洁能源的办法。 编译：石迪萌 点燃海水？这个想法看似非常荒诞。然而，就在去年，美国一位退休工程师约翰·康瑟斯(John Kanzius)却用自己发明的一个微波发生器，非常偶然地将这个想法变成了现实，这在大洋彼岸引发了一场激烈的争论。为了证实这不是一个骗局，著名的美国物理学家、宾夕法尼亚大学材料科学实验室的水科学专家鲁斯图姆·罗伊(Rustum Roy)对此进行了深入的研究。他于2007年8月成功地重复了这项实验，并在《材料研究创新》杂志(Journal of Materials Research Innovations)上发表的一篇论文中首次记录了他所观察到的现象以及实验程序。这项崭新的发现不但促使我们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，明天就能帮助我们用海水生产出清洁的能源！ 通过鲁斯图姆·罗伊在其网站(http://www.rustumroy.com)上发布的一段视频，我们看到这个实验的确非常惊人。录像中，约翰·康瑟斯用一卷纸塞住一支装满盐水的试管的管口，并将试管放入微波发生器中。 “温度不断上升” 然后，他用频率为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1600℃。这时，从管中突然喷出一股强烈的火焰，将管口的纸卷烧作一团。“这是一个世纪以来，水科学研究领域中最重要的发现！”鲁斯图姆·罗伊兴奋地说道。如同许多其他发现一样，这次的发现也完全出于偶然。约翰·康瑟斯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，这位工程师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。“那时我们在寻找一种盐水淡化的方法(以此来获得饮用水)。”约翰·康瑟斯回忆说。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，会变成水蒸气逃逸，而盐分则会残留在容器中。“为了彻底脱盐，我们不断升高试管中的温度，直至纸塞起火燃烧。”约翰·康瑟斯讲述道。 产生氢气 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，鲁斯图姆·罗伊对逸出试管的分子质量进行了测定，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，自然界中的氢元素只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，直到耗尽水中所有氢原子。” 鲁斯图姆·罗伊指出。 虽然了解了海水燃烧的原因，但我们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，我们还需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。”巴黎第六大学液体理论物理实验室的水物理专家伯特兰·吉约(Bertrand Guillot)道出了关键。不错，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，其pH值由7下降到6甚至5，水分子电离成H3O+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。“在约翰·康瑟斯的实验中，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。”伯特兰·吉约指出。那到底是怎么回事呢？“去年12月，我们在巴尔的摩与来自德国和俄罗斯的一些权威理论物理学家一起探讨过这个问题，希望能提出一些假设。”鲁斯图姆·罗伊说，“我们发现这是一个物理学一无所知，而且从来不曾想到的现象，一切都有待理清。” 与大学合作 在等待基础研究取得进展的同时，人们已在考虑将这个发现转化为实际应用。“太棒了！这个发现真的很激动人心。”法国波尔多浓缩物质化学研究所“氢能源、燃料电池与热电”研究小组负责人、物理化学家让-克劳德·格雷尼埃(Jean-Claude Grenier)评论说，“我们关注所有能够产生氢气的系统。目前处于研究焦点的氢气是一种很有前途的能源载体，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载体的前景，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。 现在要确证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的电能的比值)最高只能达到50％和70％。为此，约翰·康瑟斯和鲁斯图姆·罗伊必须对他们的产氢量进行测量，这在目前尚未完成。 …… | 
