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100升可燃冰让汽车跑5万公里?中国的“鲁莽“会

陈真后传 2019-03-11 07:3781http://www.chenzhenlaile.comadmin

日前,中国率先实现“在海域可燃冰试开采中连续稳定产气”。这一进展也成为近期最火的新闻。

100升可燃冰让汽车跑5万公里?中国的“鲁莽“会

然而,在对这个新闻的解读中,出现了一些错误,而且这些错误广泛流传。同时,对可燃冰稳定开采的意义,大多数解读都说得不够透彻。

文 | 袁岚峰

本文转载自微信公众号“中国科普博览”(ID:kepubolan),不代表瞭望智库观点。

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5万公里?

在关于可燃冰的报道中,最大的乌龙是这样一种说法:“可燃冰的最大特点就是能量密度高。它占用体积小,却蕴含大量能量。举个例子,一辆使用天然气为燃料的汽车,一次加100升天然气能跑300公里的话,那么加入相同体积的可燃冰,这辆车就能跑5万公里。”

呃,5万公里是什么概念?!这意味着每百公里只需要0.2升的可燃冰,而汽油车的百公里油耗一般在10升的量级,也就是说,可燃冰的单位体积能量密度大约是汽油的50倍?

但知道可燃冰是什么的人,立刻就会发现,这太离谱了。

可燃冰的化学结构是“甲烷水合物”,即“甲烷分子”被一个一个地包在水分子组成的笼子之中。

在一定条件下,笼子的组成是固定的,因此“甲烷水合物”是一种定比化合物(就是说,“甲烷分子”和水分子的比例是固定的),而不是溶液或者固溶体。

用初中化学的语言说,这是一种纯净物,而不是甲烷和水的混合物。(敲黑板!)就像“五水合硫酸铜”CuSO4·5H2O是一种纯净物,而不是混合物,其中硫酸铜和水的比例必然是1:5。与之对照,硫酸铜水溶液却是混合物,因为其中硫酸铜和水的比例可以在一定范围内取任何值。

当然,在海底,甲烷水合物这种纯净物又跟泥沙混合在一起,这也增大了开采的难度。

所以新华社的报道会强调:“中国此次试采可燃冰成功,也是世界首次成功实现资源量占全球90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型天然气水合物安全可控开采。” 


信息来源:《被誉为有重大战略意义的未来能源!大国都看上了可燃冰》?docid=1846493

100升可燃冰让汽车跑5万公里?中国的“鲁莽“会

图 I型、II型、III型甲烷水合物

更具体地说,依温度、压强等条件不同,包裹“甲烷分子”的水分子笼分为几种,称为I型、II型、III型等等。甲烷和水的分子数之比,在I型水合物中为8:46,II型为24:136,H型为6:34,总之都接近1:6。

“甲烷分子”CH4的分子量是16,水分子H2O的分子量是18,两者接近,所以甲烷水合物中甲烷所占的质量比大致就是1/7。因此,1公斤甲烷水合物包含的能量相当于1/7公斤甲烷。

再拿甲烷跟汽油比,两者都是“碳氢化合物”,因此单位质量的能量密度应该差不多。汽油的密度在0.70 – 0.78 g/cm^3之间,比冰的密度0.9 g/cm^3稍微低一点,而可燃冰的密度跟冰也差不多。

因此,论单位体积的能量密度,可燃冰大约是汽油的1/7 * 0.9/0.74 = 0.17倍,或者说是1/6。如果100升汽油能让汽车跑1000公里,那么100升可燃冰就可以让汽车跑170公里,四舍五入可以说200公里。这比5万公里少了两个数量级!小编该扣多少个鸡腿!

算完正确的数值,我们试图推理:这倒霉催的5万公里是怎么算出来的?

我估计,原因在于这个说法:“可燃冰就像《变形金刚》中机器人争夺的‘能量块’,占用体积小,蕴含的能量却不可估量。事实上,1立方米可燃冰可以分解释放出160立方米以上的天然气。”

天真的小编就把300公里乘以160,得到48000公里,四舍五入,bingo!

5万公里出炉。

这种做法的错误在哪里?错误在于,气体的体积是与温度、压强有关的。理想气体的状态方程学过没有?(敲黑板!)

PV = nRT,压强乘以体积等于物质的量(即“摩尔数”)乘以气体常数(R = 8.314 J/(mol·K))再乘以温度。同样的温度下,气体的压强增大一倍,体积就缩小一半。说1立方米可燃冰可以放出160立方米天然气时,指的可能是常温常压。

而在说100升天然气可以让汽车跑300公里时,指的肯定是高压气瓶中的天然气。同样一单位体积,包含的质量不知差到哪里去了。

在不说清楚温度和压强的情况下,只说气体的体积,就是一笔糊涂账。这也是我在前面只用质量而不用体积来计算的原因。

总而言之,可燃冰不是高爆炸药,更不是核燃料,它的能量密度并不很高,无论以质量计还是以体积计,都只是汽油的几分之一。如果说可燃冰好比能量块,那也是品位不太高的能量块,不可能是变形金刚最爱吃的那种,只能算是“无鱼虾也好”。如果擎天柱、威震天直接喝汽油,他们会开心得多。

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可燃冰的优点,在于巨大的储量,达到石油加天然气的两倍,而不在于能量密度。

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