1981年4月12日,美國(guó)佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心發(fā)射場(chǎng)一陣轟鳴,哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)在火箭的攜帶下沖天而起,絕塵而去。
哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)是第一個(gè)采用新型“助推劑”的航天器。這次航天飛機(jī)試飛取得成功后,新型“ 助推劑”——液氫就成為各航天器發(fā)射的主要燃料了。為什么要采用液氫作為航天器的主要燃料呢?
氫普遍存在于自然界中,有“生命之源”之稱(chēng)的水,就是由氫原子與氧原子結(jié)合而構(gòu)成的。氫極易在空氣中燃燒。除核燃料之外,氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的。每公斤氫燃燒后的熱量,約為焦炭的4.5倍,汽油的3倍,酒精的3.9倍。
如果把海水中的氫全部提取出來(lái),它可產(chǎn)生的熱量甚至比地球上所有的化石燃料放出的總熱量還大9000倍。氫的燃燒產(chǎn)物是水,因此,氫能是世界上公認(rèn)的最潔凈的能源。
制取的氫在常態(tài)下是氣體,而且在空氣中很容易燃燒。大量氫氣在空氣中燃燒,會(huì)引起爆炸,非常危險(xiǎn)。因此如何安全存儲(chǔ)和運(yùn)輸氫,是氫能開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵之一。
最普通的貯氫方法是高壓氣態(tài)儲(chǔ)存法,就是利用瓶子將氫氣儲(chǔ)存起來(lái)。但由于氫氣的密度小,0.5公斤的氫氣要儲(chǔ)存到特制的40升鋼瓶里需要150個(gè)大氣壓的高壓。
對(duì)于固定地點(diǎn)的大量貯氫,比如制取氫氣的工廠(chǎng),可以采用地下貯存的方式,利用密封性好的氣穴,采空的油田或鹽窟等。這種方式只需花費(fèi)氫氣的壓縮費(fèi)用而不需要貯氫容器的投資,可以降低貯氫的費(fèi)用,比較經(jīng)濟(jì)、安全,但是得找到合適的地理?xiàng)l件,并研究出良好的地下封口方法。
由于發(fā)射火箭所需要的氫非常多,運(yùn)用這種高壓氣態(tài)存儲(chǔ)方法并不適合。于是科學(xué)家想如果有個(gè)方法能夠把大量的氫氣“變形”存儲(chǔ)起來(lái)就好了。20世紀(jì)初,英國(guó)物理學(xué)家杜瓦按照裝開(kāi)水的暖水瓶的原理(在鐵殼里放一個(gè)雙層之間真空鍍水銀的保溫玻璃瓶),發(fā)明了儲(chǔ)運(yùn)液氫的高度真空絕熱的“杜瓦瓶”,從而使低溫液氫儲(chǔ)存成為可能。
這種方法是將氫氣冷至零下252.72攝氏度,使其變?yōu)橐后w。液態(tài)氫密度高,體積小,可以通過(guò)加壓的方式將他們灌至特制的深冷杜瓦瓶中。這就是為什么要把火箭的燃料“裝”進(jìn)“暖水瓶”中儲(chǔ)存的原因。(左左)