征文《暢想未來(lái)的能源》應(yīng)該怎樣寫

【專家解說(shuō)】：月球暢想 開(kāi)發(fā)能源基地 正當(dāng)人類為煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)化石燃料逐漸枯竭而擔(dān)憂之時(shí)，月球巖土給人們帶來(lái)無(wú)限的希望：科學(xué)家們研究美國(guó)阿波羅號(hào)飛船從月球上取回的巖土發(fā)現(xiàn)，巖土中含有大量的氦-3，這是核聚變發(fā)電的寶貴燃料。 近些年來(lái)新一輪探月活動(dòng)之所以越來(lái)越熱鬧，除了科學(xué)研究方面的強(qiáng)烈追求外，經(jīng)濟(jì)利益方面的追求是個(gè)重要因素，而大力開(kāi)發(fā)利用月球上的寶貴物質(zhì)氦-3作為地球上替代能源，則是經(jīng)濟(jì)利益追求的一個(gè)重要方面。 在地球上靠打能源牌實(shí)現(xiàn)強(qiáng)國(guó)夢(mèng)的俄羅斯，也想把這張牌打到月球上去。俄羅斯能源火箭航天集團(tuán)早就做出明確的計(jì)劃，要在2015年派載人飛船到月球上建立永久性基地，并著手全力開(kāi)發(fā)利用月球能源。 因快速發(fā)展帶來(lái)能源緊缺的中國(guó)，在推動(dòng)建立節(jié)約型社會(huì)、努力實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的同時(shí)，對(duì)開(kāi)發(fā)利用月球上的能源也充滿了期待，中國(guó)探月工程首席科學(xué)家歐陽(yáng)自遠(yuǎn)就曾多次表明十分看好開(kāi)發(fā)利用月球上的能源。 美國(guó)科學(xué)界和輿論界對(duì)中國(guó)和俄羅斯探月活動(dòng)的意向也十分敏感，在今年2月出版的美國(guó)《新聞周刊》上刊載一篇題為《新的月球競(jìng)賽》的文章，文中明確指稱：在探月方面 “驅(qū)使中俄的動(dòng)力就是能源”。 到月球上建立能源基地，為人類尋找新的替代能源，這是人類共同的理想。 月球傳來(lái)希望 隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗的迅速增加，煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)的化石能源面臨著枯竭的危險(xiǎn)，據(jù)專家們預(yù)測(cè)，傳統(tǒng)化石燃料至多能維持到本世紀(jì)中期。 人類早就千方百計(jì)地從太陽(yáng)能、水能、風(fēng)能、生物能中尋找新的替代能源。這些能源都很重要，但專家們認(rèn)為，它們都有自身的局限性。太陽(yáng)能的能流密度太低，隨晝夜、晴雨、季節(jié)的變化很大，難以成為大規(guī)模的工業(yè)能源，只能滿足家庭以及一些特殊需要；水能增長(zhǎng)的速度跟不上能耗增長(zhǎng)速度，并對(duì)生態(tài)、生物鏈產(chǎn)生難以估量的影響；風(fēng)能、地?zé)崮堋⒊毕艿馁Y源和利用也各有局限，在未來(lái)的能源開(kāi)發(fā)中作用不大；生物能倒是一種可以大規(guī)模使用的再生能源，但再生速度也難以趕不能源消耗增長(zhǎng)的需要。 于是，人們把目光轉(zhuǎn)向了核能，首先寄希望于以原子彈所用的裂變物質(zhì)鈾-235或钚-239進(jìn)行裂變發(fā)電。許多發(fā)達(dá)國(guó)家的核電發(fā)展十分迅速，法國(guó)的核電能源都占了全部能源的百分之七十多。我國(guó)核電發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，核電運(yùn)行機(jī)組裝機(jī)容量只占全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量的1.59%，累計(jì)發(fā)電量只占總發(fā)電量的2.3%，國(guó)家規(guī)劃要加大發(fā)展力度，在今后15年間至少每年要批準(zhǔn)建設(shè)一座大型核電站。但是，用作核裂變發(fā)電的燃料畢竟有限，核污染和核安全雖可以做到有效控制，但總是讓人心里不踏實(shí)。上世紀(jì)80年代前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故發(fā)生后，就使不少發(fā)達(dá)國(guó)家核電事業(yè)的發(fā)展停滯了相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，直到近幾年才有所緩解。 目前，人們正在致力于研究開(kāi)發(fā)可控核聚變發(fā)電，其中一個(gè)世界性的項(xiàng)目就是“國(guó)際熱核反應(yīng)堆”，歐盟和中國(guó)、美國(guó)、日本、韓國(guó)、俄羅斯、印度等國(guó)都先后陸續(xù)參與，已經(jīng)過(guò)20多年的努力，現(xiàn)正進(jìn)入艱巨的攻堅(jiān)階段。人們對(duì)此寄于巨大希望，將它比作“人造太陽(yáng)”，稱之為“21世紀(jì)的人傳給后代的紀(jì)念碑”，并力爭(zhēng)在30年到50年之間投入商業(yè)化應(yīng)用。 以這種方式發(fā)電目前主要考慮利用從海水中提煉出來(lái)的氘和氚作燃料，這種燃料當(dāng)然十分充足，可以取之不盡，用之不竭。但是，氚本身具有放射性，在氚核反應(yīng)過(guò)程中，伴隨核聚變能的產(chǎn)生而產(chǎn)生大量的高能中子，這對(duì)核反應(yīng)裝置產(chǎn)生嚴(yán)重的放射性損害，解決這一難題十分困難，因而影響了這一研究開(kāi)發(fā)的進(jìn)展速度，最好的燃料是氦-3，而地球上的氦-3極為稀缺，估算總量只有幾噸到十幾噸。 正當(dāng)人們進(jìn)行艱苦探索之際，從月球巖土樣品的研究中傳來(lái)喜訊：這些巖土中含有大量的氦-3。 氦-3成為至寶 氦-3是氦的同位素，含有兩個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子。與氚相比，它是一種清潔、高效、安全的核聚變發(fā)電的燃料。它聚變反應(yīng)的能量大；聚變反應(yīng)時(shí)主要產(chǎn)生高能質(zhì)子，不會(huì)形成強(qiáng)大的中子輻射，對(duì)環(huán)境保護(hù)更為有利；它本身不僅沒(méi)有放射性，而且反應(yīng)過(guò)程中無(wú)緩發(fā)中子，無(wú)裂變物質(zhì)，衰變余熱小，維修和部件更換更容易，更易于控制，因此受到國(guó)際核聚變界的廣泛重視。 月球上的氦-3來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)。太陽(yáng)風(fēng)由90%的質(zhì)子（氫核）、7%的高能粒子（氦核）和少量其他元素的原子核組成，氦-3正是太陽(yáng)風(fēng)中的高能粒子。月球上沒(méi)有磁場(chǎng)的干擾和大氣層的阻隔，太陽(yáng)風(fēng)粒子流能直達(dá)月球表面，被月球上的巖土所“吸附”。月球形成已經(jīng)40多億年，由于流星和微流星的頻繁撞擊，月球上的巖土不斷翻騰、濺射，在縱向和橫向上充分混合，“吸附”了氦-3的巖土也越來(lái)越厚。 在月海地區(qū)至少有9到10米厚，在月陸地區(qū)也有4到5米厚。 月球的直徑有3476公里，表面積有3800萬(wàn)平方公里，雖然只有地球表面積的十四分之一，大約相當(dāng)于中國(guó)陸地的四倍，但月球被專家們稱為“太陽(yáng)風(fēng)粒子收集器”。據(jù)測(cè)算，月球上的氦-3儲(chǔ)量大約有100萬(wàn)噸到500萬(wàn)噸，甚至有人估算有5億噸。在地球上的大氣和天然氣中也有少量的氦-3，在核反應(yīng)中也會(huì)產(chǎn)生氦-3，但整個(gè)地球上的儲(chǔ)量與月球上的儲(chǔ)量不可同日而語(yǔ)，所以它對(duì)地球人類充滿了誘惑力。 據(jù)專家們測(cè)算，如果在10―15平方公里范圍內(nèi)挖掘并加工深度為3米的月球巖土，就可以提取約1噸的氦-3，足以保證一個(gè)功率1000萬(wàn)千瓦的發(fā)電機(jī)組工作1年。每燃燒1公斤氦-3就可產(chǎn)生19兆瓦的能量，足夠供莫斯科市照明用6年多。用美國(guó)的航天飛機(jī)往返運(yùn)輸，一次可運(yùn)回20噸液化氦-3，可供美國(guó)一年的電力。我國(guó)每年大約只需要10噸氦-3，就可以滿足全年能源的需要。按照全球目前的能源需求水平，一年有100噸氦-3就能滿足全世界的消耗，這些氦-3一年用航天飛機(jī)運(yùn)輸三五次就夠了。按照這樣的推算，月球上的氦-3可以供地球用上幾千年甚至上萬(wàn)年。 專家們對(duì)在月球上采掘加工氦-3并運(yùn)回地球發(fā)電進(jìn)行了成本對(duì)比分析，得出的結(jié)論是在經(jīng)濟(jì)上完全劃算，因?yàn)樵诎l(fā)電量相同的情況下，使用月球上的氦-3，其花費(fèi)只是目前核電站發(fā)電成本的10%。如果以目前的石油價(jià)格為標(biāo)準(zhǔn)，每噸氦-3價(jià)值高達(dá)40億到100億美元，這真是月球上的無(wú)價(jià)之寶。 利用氦-3設(shè)想 月球上的氦-3儲(chǔ)量如此豐富，利用氦-3進(jìn)行核聚變發(fā)電具有如此巨大的優(yōu)勢(shì)性，各國(guó)專家由此提出了許許多多的設(shè)想。 第一類設(shè)想是在月球上建立氦-3采掘廠，將采掘加工出來(lái)的氦-3運(yùn)往地球發(fā)電。 人們要從地球上運(yùn)送若干套掘土機(jī)、傳送帶、運(yùn)載車、分類篩選設(shè)備等開(kāi)采設(shè)備到月球，在月球上選擇含氦-3較豐富的區(qū)域建立采掘加工廠。先將月球巖土開(kāi)掘出來(lái)，經(jīng)過(guò)粉碎篩選，放入真空加熱釋氣爐中，加熱到600℃，90%以上的氦氣就釋放出來(lái)了。將這些含有氦-3和氦-4的氦氣送入分離設(shè)備中進(jìn)行分離處理，即可得到純度為99.99%氦-3。再將這些氦-3液化，就可以運(yùn)回地球。在提取、分離和液化過(guò)程中，可以盡可能地利用月球上的太陽(yáng)能和晝夜溫差大等特殊的自然環(huán)境，合理降低成本。 在采掘加工好氦-3后，可以用與目前航天飛機(jī)大小相當(dāng)?shù)牟惠d人運(yùn)輸飛船，往返地球和月球之間進(jìn)行氦-3的運(yùn)輸，一次可運(yùn)載20噸到30噸液態(tài)氦-3回地球。在地球上可建立起美國(guó)威斯康星大學(xué)設(shè)計(jì)的托卡馬克氦-3核聚變反應(yīng)堆進(jìn)行聚變發(fā)電。當(dāng)然，這種反應(yīng)堆的許多技術(shù)還正在研究開(kāi)發(fā)。不過(guò)，法國(guó)科學(xué)家對(duì)此充滿信心，他們最近宣布，2030年就可以利用氦-3進(jìn)行核聚變發(fā)電，并可實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。 第二類設(shè)想是在月球上建立氦-3核聚變發(fā)電廠就地發(fā)電，并設(shè)法傳送回地球使用。 為了減少氦-3運(yùn)輸?shù)穆闊?，降低發(fā)能源供應(yīng)的成本，不少國(guó)家設(shè)想將地球上實(shí)驗(yàn)使用成熟的核聚變發(fā)電設(shè)備送往月球，直接在月球上建造核電站，就地利用氦-3發(fā)電。這些巨大的電力除供給月球基地使用外，絕大部分通過(guò)激光或微波輸送到位于近地軌道上的能量中繼衛(wèi)星，由中繼衛(wèi)星仍以激光或微波形式傳送到地球電力接收站，再由地球電力接收站分送到全球各地用戶。在月球上建造核電站還不必?fù)?dān)心核泄漏帶來(lái)的污染和安全問(wèn)題。 第三類設(shè)想是直接用氦-3，或者是采掘加工氦-3過(guò)程中產(chǎn)生的氫氣作火箭和飛船的燃料。 由于月球上沒(méi)有大氣的影響，月球的引力也只有地球的六分之一，月球被當(dāng)作將來(lái)向火星等其他星球發(fā)射探測(cè)器和飛船的理想之地。在這里不必等待發(fā)射窗口，所需要的火箭推力也只相當(dāng)于在地球上發(fā)射的六分之一。將來(lái)在月球上采掘加工的氦-3可以直接用作火箭或飛船的燃料，地球上的載人飛船也可以到月球上停留加注氦-3作燃料，然后再飛向火星或其他星球。同時(shí)，月球土壤中每提取一噸氦-3，還可以得到6300噸的氫，氫也可以作火箭的燃料。 能源基地遠(yuǎn)眺 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于開(kāi)發(fā)利用月球上的氦-3的種種設(shè)想一定會(huì)越來(lái)越豐富多彩，越來(lái)越詳盡具體，越來(lái)越接近最終的實(shí)踐，絕對(duì)不會(huì)是紙上談兵或空中樓閣。而且，在月球上建立能源基地不僅僅是開(kāi)發(fā)利用氦-3，月球上的太陽(yáng)能也有很廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景。 月球上的太陽(yáng)能是極為豐富的，因?yàn)闆](méi)有大氣層的影響，太陽(yáng)輻射可以長(zhǎng)軀直入，每年到達(dá)月球范圍的太陽(yáng)光輻射能量高達(dá)12萬(wàn)億千瓦，相當(dāng)于目前地球上一年消耗的各種能源所產(chǎn)生的總能量的2.5萬(wàn)倍。采用目前非常成熟的光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，在月球上進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電是比較容易的，而且不必?fù)?dān)心土地的占用，在月球上可以無(wú)限制地鋪設(shè)太陽(yáng)能電池板。 許多專家對(duì)在月球上利用太陽(yáng)能發(fā)電都有十分濃厚的興趣。專家們測(cè)算，如果用光電轉(zhuǎn)化率為20%的太陽(yáng)能發(fā)電裝置，每平方米太陽(yáng)電池每小時(shí)可發(fā)電2.7千瓦時(shí)，若采用1000平方米的電池，則每小時(shí)可產(chǎn)生2700千瓦時(shí)的電能。這些電能同樣可以通過(guò)激光或微波輸送到中繼衛(wèi)星，再傳送到地球電力接收站，直至送到全球各地用戶。 考慮到月球上白天和黑夜都相當(dāng)于14個(gè)地球日，太陽(yáng)能發(fā)電廠可優(yōu)先建造在太陽(yáng)光照時(shí)間較長(zhǎng)的兩極地區(qū)。隨著月球基地建設(shè)的發(fā)展，還可以通盤考太陽(yáng)能發(fā)電廠的布局，有的建造在月球的正面，有的建造在月球的背面，形成全球性的并聯(lián)式太陽(yáng)能發(fā)電廠，太陽(yáng)能發(fā)電廠與核電廠還可以實(shí)行聯(lián)網(wǎng)。這樣不僅可以平穩(wěn)充足地供應(yīng)月球基地用電，也可以平穩(wěn)充足地向地球送電。 在可以想象的未來(lái)，由氦-3采掘加工廠、核發(fā)電廠和太陽(yáng)能發(fā)電廠組成的月球能源基地，不僅可以為月球的長(zhǎng)夜帶來(lái)光明，為月球的開(kāi)發(fā)利用帶來(lái)強(qiáng)大的動(dòng)力，也可以為地球的能源接替做出無(wú)可估量的貢獻(xiàn)，為人類飛向火星等其他星球加油增力。 試看將來(lái)的月球，絕不僅僅是供人類欣賞的“冰輪”，而是一個(gè)可以推動(dòng)整個(gè)宇宙開(kāi)發(fā)利用的強(qiáng)有力的巨輪！