與傳統(tǒng)能源枯竭賽跑 預計最遲2050年完工
多少年來,地球上的萬物一直依靠太陽的能量繁衍生息:太陽使植物生長；動物吃植物；植物和動物脂肪埋在地下，又變成煤炭和石油；煤炭和石油是我們常用的能源……21世紀中葉，“人造能源”將徹底解決困擾人類的能源危機問題。
這是記者近日從南郵信息材料與納米技術研究院一次學術會議上聽聞的，發(fā)表者為中國工程院院士、南郵名譽教授范滇元。他的觀點理論基礎是什么？“人造能源”是怎么制造出來的？目前進展如何，據(jù)此，會后記者專訪了他。
傳統(tǒng)能源即將枯竭
范滇元透露，“人造能源”預計要到2050年才能成為現(xiàn)實，美國目前制造的一套生產(chǎn)“人造能源”的實驗儀器造價達40億美元。各國競相投入這項研究，中國“神光”項目便是攻克這一難點的跨世紀巨型激光工程，他便是“神光III”項目的總工程師，從上世紀70年代至今，他幾乎每天都要工作10幾個小時，晚上12點以后睡覺，為節(jié)約時間，甚至經(jīng)常食宿在實驗基地上。
他如此夜以繼日地工作，就是為了跟時間賽跑，爭取在傳統(tǒng)能源枯竭之前，造出新能源。據(jù)國際能源署統(tǒng)計，2003年世界全部能源中，石油占42.6%，煤占40%，而可再生能源如生物酒精占14%，太陽能、風能及地熱電站僅占3.5%。因此，打破對化石燃料的依賴將是重要的能源發(fā)展戰(zhàn)略。據(jù)估計，到本世紀中葉前后，全世界能源消費的需求將超過傳統(tǒng)能源的供給能力。
太陽假想將成現(xiàn)實
遠古時期，人們對太陽的依賴性很大，因此，不少民族把太陽作為一種圖騰來崇拜，甚至衍生出至高無上的太陽神。在科技迅猛發(fā)展的今天，面對能源危機，人們再次把目光投向了太陽，并最終找到了解決方案。
那么，太陽能究竟有多大潛和呢？范滇元介紹，太陽光到達地球表面的功率密度為1000瓦/平方米，其總功率要比目前全世界能源消耗高10000倍。如果在美國內(nèi)華達用100×100平方米的光伏電池板，并以10%的轉(zhuǎn)換效率計算，就可供應全美國的電能需求。中國2/3以上國土年日照時間超過2200小時，年輻射總量平均大于5900兆焦/平方米。
經(jīng)研究，太陽的巨大能源來自聚變，而氫彈的爆炸則是地球上人為的聚變反應。把氫的聚變反應及其產(chǎn)生的巨大能源“引向可控”，也就實現(xiàn)了“人造太陽”，并由這個“人造太陽”源源不斷地向外輸送能源，假想雖然大膽，但在科學技術界數(shù)代人的共同努力下，離其實現(xiàn)的日子越來越近了。
學者們發(fā)現(xiàn)，氫的同位素氘和氘在高溫下可發(fā)生聚變，合二為一，并釋放出具有大能量的中子，這一過程就稱為“聚變”。范滇元強調(diào)，幾個氫原子聚變產(chǎn)生的能量可能不是很大，可是幾十億個氫原子一起“聚變”，就能產(chǎn)生巨大的能量；只要氫原子一直在“聚變”，能源就源源不斷地從發(fā)生反應的儀器中“流淌”出來，該儀器也便成了人類能源的“聚寶盆”。
從海水中提煉原料
記者發(fā)現(xiàn)，讓上述假想變成現(xiàn)實的難題有兩個，一是從哪里不斷提取氫原子，二是如何滿足氫原子兩個同位素發(fā)生反應的條件，以及控制住聚變后產(chǎn)生的巨大能源。前者是原料來源問題，后者則是聚變反應器和反應條件問題，在前人研究的基礎上，范滇元等人設想從海水中提取所需原料 ，并嘗試著逐步解決后者的問題。
但聚變反應的條件極為苛刻，首先，需要1億度左右的高溫；其次，參與反應的粒子密度要足夠高，并能維持一定的反應時間，每立方厘米的粒子反應速度必須控制在10的14次方秒。
反應條件滿足了，就可以考慮在地球上建個小太陽了，范滇元透露，人造小太陽有兩種技術途徑可實現(xiàn)，一是磁約束聚變，其中粒子密度必須小于空氣；二是激光聚變，但約束高溫等離子體是聚變的關鍵，太陽上的約束方式是重力約束，目前學術界已參考這一方式，一些先行者早就嘗試著用磁約束聚變，他則試著用慣性約束聚變，從理論的研究來看，效果非常好，也可以說是開創(chuàng)了可控熱核聚變的新紀元。
2020年演示性發(fā)電
范滇元介紹，去年6月28日中、俄、歐盟、日、美、韓六國莫斯科會議，一致選定法國為聚變實驗場址。今年開始建造聚變所需設備與基地，建設期10年，造價100億歐元，預計到2020年可進行演示性發(fā)電，但這只能處于實驗階段，接著攻克的難題還有很多。
他說，走向聚變能源還需要經(jīng)歷三個階段：一是得失相當，即聚變釋放的能量等于觸發(fā)聚變反應所輸入的能量；二是點火，聚變能產(chǎn)生的速率足夠快，使等離子體維持在所要求的溫度而不需要附加加熱；三是商用，在工程設施上聚變過程產(chǎn)生純能量輸出，同時它的經(jīng)濟效益可以和其它能源相競爭。
目前，中國、美國、俄羅斯也在與時間賽跑，中國“神光I-II”各項研究進展非常迅猛，但出于保密的需要，范滇元沒有透露詳情，只是說，最遲到2050年，中國“人造太陽”將完工，屆時，生產(chǎn)“人造能源”的降低成本與生產(chǎn)穩(wěn)定性等難題都將被攻克，所有中國人都能用，也用得起他們所制造的無污染，無窮盡的能源。
作者及來源：記者 李學芹 2006年11月20日 金陵晚報