新能源New Energy Sources

化學原理啟迪227

1.     我們尋找未來能源時，必須考慮到經濟、氣候與供應等因素。這世界有許多具有潛力的能源：太陽、核能nuclear processes（核分裂與核融合）、生質能源biomass、合成燃料。直接用太陽輻射能來為房子增加溫度、運作工廠和運輸系統，似乎是長久可行的辦法。但是我們現在該做什麼？保護石化燃料顯然是其中一個步驟，但是最終的解決方案還是尋找替代能源。

2.     【煤轉換 Coal Conversion】有一個能源選項是用新方法使用傳統燃料「煤」。因為運送固體煤花費的太貴，所以從煤身上發展出更有效率的能源。其中一個可行的方法是氣體燃料。

3.     像煤這樣的物質含有大分子，也因此煤的沸點高，在室溫下是固體或濃稠的液體。為了把煤從固體轉換成氣體，我們必須縮小分子；煤礦的結構必須用特定的方法打斷：煤的汽化 coal gasification。

4.     煤汽化的進行程序是，讓煤與氧和水蒸氣在高溫下起反應，以打斷碳－碳鍵。當煤的碎片與氧或氫反應，「碳－碳」鍵被「碳－氧」鍵或「碳－氫」鍵取代。過程如下

5.     我們想要的燃料是由一氧化碳與氫氣組成混合物，稱為「合成氣synthetic gas 」或 syngas，裡面還有「甲烷CH4」氣體。因為產物的所有成分都能與氧反應燃燒釋放熱，所以這個氣體是有用的能源。

6.     設計工業製造流程其中一個最重要的考量是有效率地使用能源。在煤的汽化反應中，有些反應物是散熱

C(s)+2H2(g)→CH4(g)    ΔH⁰＝－75kJ

C(s)+1/2O2(g)→CO(g)   ΔH⁰＝－111kJ

C(s)+O2(g)→CO2(g)     ΔH⁰＝－394kJ

7.     有些汽化反應是吸熱，例如

C(s)+2H2O (g)→H2(g)+ CO (g)   ΔH⁰＝131kJ

8.     如果煤與空氣、蒸汽結合的速率控制得很好，就能在反應過程中維持正確的溫度，而不需要額外加任何能量來調控。也就是能夠達到能量平衡。

9.     合成氣Syngas不僅可以直接當成燃料使用，也是製造其他燃料的素材。舉例來說，合成氣syngas可直接轉換成甲醇methanol：

CO(g)+2H2(g)→CH3OH(l)

10. 甲醇可用來做合成纖維或塑膠，也可以當成燃料。此外合成氣syngas也能轉換成汽油，南非有一半的汽油是從合成氣syngas製造的甲醇提煉而來的。

11. 除了煤的汽化gasification，製造煤泥漿coal slurries也是另一個新的選擇。泥漿是裡面懸浮很多細微顆粒的液體。煤必須要先磨粉，然後與水混合成泥漿。煤泥漿的處理、儲存、燃燒方式類似的殘油residual oil，這是石油分餾之後剩下的重油。

12. 煤泥漿可取代煤礦和殘油發電，是能源的新希望。但是，要製造煤泥漿需要大量的水，這對缺水的地區來說是很大的負擔。

n   翻譯編寫Steven S. Zumdahl 《Chemical Principles》

徐弘毅：

1.     煤轉換 Coal Conversion是用新方法使用傳統燃料「煤」。雖然人類到了知識爆炸的時代，但是現代社會仍然有許多問題無法解決，我們在不斷追求新理論、新觀念的時候，是否也該思考把過去被人們視為老古董的東西重新詮釋、重新分析，很有可能可以解決現代人心靈的困境。

2.     例如我們應該用社會學的分析工具，來分析孔子、孟子生活時代的社會樣貌、社會結構、組織關係、生活型態……。因為亞洲國家繼承了很多儒家的思想元素在生活當中，這些元素有些部分幫助我們適應現代社會，也有些部分限制我們挑戰未來，到底問題在哪裡？我們需要重新理解我們自己的文化遺傳基因。

3.     現代社會學者也應該嘗試進入孔子或孟子的心靈世界，由他們的眼光來審視現代人的生活模式，如果孔子生活在這個時代，他會怎麼說？怎麼想？怎麼生活？他會與哈柏瑪斯如何對話？他會不會努力學習量子力學？

4.     21世紀的人類必須為尋找新能源而奮戰，否則人類的未來生活將會面臨極大的困境。同樣地，所有的知識份子也要尋找新的人生觀，來適應新的社會生活方式，否則人類將會失去生活的意義與價值，生命的困境與情緒失控隨時就會發生。