利用分子能解脱能源危机

利用分子能可以解脱能源危机

第一次工业革命以来，许多的科学家对自然科学的研究呕心沥血。取得了丰硕的成果。

牛顿三定律，热力学四定律一直指导着科学实验研究。随着研究的深入，却发现这些定律只在宏观世界适用。对于微观世界的研究则陷入了尴尬之地。

宏观世界简单来说就是人的肉眼能给看到的世界。而微观世界则指在高倍显微镜下的量子（分子、原子、质子、中子、夸克）等微粒子。

对于量子级别的微观世界牛顿定律解释不了。直到爱因斯坦发表了相对论，才把微观世界的变化说清楚。这就诞生了量子力学理论。

有了量子力学理论。最经典的公式就是：

能量=质量乘于速度的平方（E=m. . v“2）

有了质能守恒定律才有了原子弹爆炸。才有了原子能发电。

现在，还有一个理论就是分子能理论需要完善。它既不同于普通物理学（热力学）理论，也不同于原子能理论。但是和我们的日常生活息息相关。以前只讲分子热运动，没有意识到分子里面存在着很大的能量。虽然比不上原子能那么巨大。但分子能储量巨大。凡是能够发生相变反应的物质（主要是晶体），只要接近相变临界点就会吸收或者放出比普通物理变化时多出几十倍的热量。从而实现热能的储存转移。

比如，使用超临界二氧化碳代替天然气与空气混合燃烧产生的高压高温气流冲击涡轮机转动从而带动发电机发电。使用二氧化碳代替水蒸气带动汽轮机组发电。国内已经有使用二氧化碳代替水蒸气发电的机组投入运行。这是这两种发电方式最成功例子。利用了分子能的吸热放热把分子能转化成机械能然后转化成电能。

临界相变温度是动态变化的。对二氧化碳加热，二氧化碳液体温度和压力同时提高。这时候分子能增大。它的增加值由动能和势能两部分组成。

温度的增加转换成系统的“焓”增加。系统的压力增加转换成系统的“熵”增加。熵和焓都是能量的不同形式。焓可以对外做功，释放热能。熵不能对外做功，只能改变系统的势能。也就是增加的热量拉大了分子间的距离。

加热时间越长吸收的热能越多，全部储存在二氧化碳分子内部。如果需要输出热能的时候，比如需要高压汽体冲击涡轮机发电的时候，只要从高压罐放出来就可以实现。如果需要水蒸汽，只要把液体减压到热交换器就可以把热交换器里面的循环水加热成水蒸汽。所以分子能储热发电是热效率最高的方式。把热能储存在分子里面。就实现了热能的转移。不了解分子能理论就不能理解为何二氧化碳储热发电是热效率最高的现象。

分子能不发生化学变化，只发生形态变化。形态改变称作相变。在相变临界温度下，会吸收或者释放巨大的能量。此时温度不变化。这就是分子能。受热增加动能的同时增加了分子的势能。动能可以对外做功。势能不能直接对外做功，但是势能可以保证动能输出时的压力不会降低很快。它是一种超临界动态平衡。相变是可逆反应。视外界环境温度的高低改变相变方向。在临界温度下继续加热称为超临界状态。

只要二氧化碳处于超临界状态，就可以自动输出热能。所以系统选择一个适宜的运行压力，就可以降低对设备的技术要求，降低制造成本和运行成本。使得大规模使用成为了可能。

超临界二氧化碳发电系统中，工质压力在30兆帕左右时，对应的温度在600度左右。完全达到了燃气汽轮机组驱动的技术参数要求。如果是蒸气汽轮机组更加容易获得足量的水蒸气。

所以，使用二氧化碳代替水蒸气发电是一种最经济、热效率最高的发电方式。经济效益和社会效益非常巨大。这将是颠覆性的技术创新。是分子能的利用。虽然比不上原子能的量级。但是分子能安全，使二氧化碳变害为利，彻底解决人类面临的能源危机。