给飞机加油   

无论是在机场的候机厅还是机舱里,你都可能看到有加油车在为飞机加油。航空燃料是煤油的一种,它的气味独特,登机后,很容易就能在机舱中闻到它的气味。和柴油或汽油一样,航空燃料也是一种碳氢化合物的混合物。这是一种从含有碳元素和氢元素的原油中提炼出来的烃类混合物,它的优点是能充分燃烧,其燃烧时所放出的热量相当可观。较之汽车使用的汽油或柴油,航空燃料的分子更大,也更不易挥发。

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为了让你更好地感受我们正在讨论的这类化学物质,我们来认识一下辛烷(octane)。和所有的分子一样,辛烷由许许多多的原子构成,原子中的带电粒子相互作用使它们紧密地聚合在一起。如果你能亲眼看到一个辛烷分子,你会发现它的分子结构呈长条形:8个碳原子附带着18个氢原子。通常,我们对“辛烷”这个名字的了解来自于描述汽油等级的一个术语“高辛烷值”(high octane)。高辛烷值和燃料中辛烷的含量其实没有关系,它指的是与标准的含辛烷燃料相比,某燃料抗爆震(anti—knocking)的能力(爆震是指引擎燃烧过程中产生的异常燃烧现象)。

对于航空产业来说,燃料油的益处举不胜举。飞机操控的关键之一是重量,而单位重量的航空燃料可释放出巨大的能量。要了解这一点,只要看看航空燃料和电池有什么不同就好了。假设我们正在使用高技术含量的电脑电池,将近1吨这样的电池才能释放出和10千克航空燃料等值的热量。这也是为什么我们在短时间内不会看到有充电飞机。

航空燃料极好地压缩了能量,它每千克产生的能量是等量三硝基甲苯(TNT)爆炸时的15倍。这听起来似乎有些令人难以置信。TNT之所以可以成为一种炸药,并不是因为它贮存了巨大的能量,而是它能在极短时间内迅速燃烧。虽然一支TNT爆炸时产生的能量远远小于同等质量的航空燃料,但是这个过程却是在短短的一瞬间完成的。当TNT被引爆时,释放出大量的热能会同时产生高温高压气体,正是这些高温高压气体导致了爆炸性的破坏。

和道路交通运输或电力发电不同,飞机很难不依赖石油,转而采用一种更加环保的能源,即便是在将来可能也会如此。作为最简单的化学元素之一,氢提供了一种可能性。氢气本身并不能成为一种能源,因为在你使用它之前,必须得先把它制造出来。不过,氢能提供一种优于石油的能源转换新途径,因为当它燃烧时,唯一的排放物只有水蒸气。

在电能充足的条件下,只用水就可以制造出氢气。只要电能产自清洁能源,氢气自然就是绿色燃料了。比起航空燃料,每千克氢气储存的能量更多——差不多是航空燃料的3倍,这应该是这种简单气体最大的优点了吧。不过也有一个问题,氢气很占地方。它也许不如石油重,但是作为一种压缩气体,氢气所占的空间却要比石油高出6倍。对于一架已经塞得满满当当的飞机来说,要携带氢气是难上加难啊。

也许,当石油越来越少,人们会将之保留起来专门留作飞行之用,即使到了万不得已的地步,我们还掌握着费—托法(Fisher—Tropsch process),它能把煤转化成石油。这门技术是第二次世界大战时在德国发展起来的,当时的德军被切断了石油供给。这项技术十分重要,因为就拿美国来说,它拥有的煤还能用上几百年,如果石油出现短缺,煤就可以派上用场了。

到目前为止,这项技术还没有投入使用。部分原因是它会造成污染,还需要进一步完善以减少碳的排放量。另一个原因是,这样的工厂造价很高——虽然一旦建立起来,生产出的每桶石油价格仅为50美元左右,远远低于2005—2009年间石油的平均售价。

我们总是能听到关于飞行的负面说法,说它的碳排放是多么多么大。这是因为二氧化碳是温室气体,会导致全球变暖。但是别忘了,就碳本身而言,它并不是一种有害的物质。这个简单的物质组成了生命最基本的要素。碳非常容易与其他元素结合,组成长链条的分子——没有碳的这一性质,就没有蛋白质、DNA和其他复杂的分子,而正是它们让生命的诞生有了可能。没有碳,就没有人类。

不过就算这样,二氧化碳是温室气体的事实还是无法否认的。不过,温室效应难道就没有一丁点儿好处吗?真的是这样的吗?