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氢能如何助力北京2022年冬奥会

2021-04-16许洛袈

科研成果与传播 2021年3期

许洛袈

在北京2022年冬奥会开幕倒计时一周年之际,北京冬奥组委会正式对外发布了冬奥会、冬残奥会火炬外观设计,并透露了不少关于冬奥会火炬的详细信息,其中,采用氢作为燃料是本次火炬设计中的科技亮点之一。

作为一支火炬,最重要的功能毫无疑问是传递“圣火”,在此期间,需要保持“圣火”一直处于燃烧状态,同时降低下雨天和刮风对火炬火焰的影响,为此对火炬的材质和燃料都有着特殊要求。

与夏季奥运会相比,冬季奥运会火炬还要兼顾在超低温环境下,火炬是否可以正常燃烧,而氢具有质量热值高、扩散性好、可燃浓度范围广、点火能量低等特点[1],其最小点火能量不足汽油最小点火能量的十分之一(约0.02兆焦耳),因此在低温下也能迅速点燃。

不过,单纯作为燃料燃烧对氢来说真是有些屈才了。作为宇宙中最多的元素,在宇宙大爆炸之后的大约4亿年后,宇宙温度降低,无数的氢原子开始聚集形成恒星,首次核聚变就这么诞生了。在我们生活的太阳系中,恒星太阳每秒可将数以亿吨的氢转化为氦,并将热量辐射到整个太阳系。

科学家由此得到灵感,利用氢的同位素(氦、氘、氚)获得了宇宙中最古老的能量,并制造了目前世界上威力最大的核武器——氢弹。诚然,氢弹是恐怖的,但科学家也发现,当氢不再“暴躁”且变得可控时,它或许是解决未来能源问题的关键,因为氢燃烧后的最终产物只有水,对环境没有污染。因此氢能也被誉为21世纪最具有发展潜力的二次能源[2],成为了全球新一轮碳减排和碳中和的首选方向,被多个国家纳入能源战略部署中。……

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