CN101459251A - 采用载带燃料发电、开车,抑制地球暖化 - Google Patents

Abstract

根据几种热力学性质标准，在周期表中找到一组能量载带元素，其化合物的热化学反应能有效的下载和含带着核裂变供热、太阳能供热，产物又能高效的电化学燃烧释放电能。载带元素自身及其合金、氢化物等形成数以百计的载带燃料。该燃料，低耗能即可产生氢，在氢燃料电池中发电、开汽车。参见CH型、SH型、BH型、SIH型、ASH型、PH型、IH型载带核电和载带太阳电的详述；载带燃料也是由载带元素自身及其化合物形成的多种燃料电池来发电、开车的燃料。上述两过程中燃料电池的排放物都是含氧化合物，它们可由核裂变能、太阳能供给反应体系，在中、低等温度下，即可再生还原为载带燃料，继续再用。以上各种燃料电池发电的最高热转化效率84％，目前压水堆核电最高热转化率28％。

Description

采用载带燃料发电、开车，抑制地球暖化

一、技术领域

把核能热、太阳热，载带、传递给载带元素及其化合物，得载带燃料进行电化燃烧发电、开车，减免CO₂排放。属能源、环保领域。

二、背景技术

形成人类有呼吸器官那天开始，就离不开地表炭资源，人要吸氧吐CO₂，反过来植物吸CO₂吐氧气，有史以来人类和环境形成一种和谐的地表生态平衡。1784年蒸气机运转后，出现了西方的工业革命，200多年来不少商家不惜一切手段，离开地面大举向地壳深部挖出深炭资源(石油、煤、天燃气、水合天燃气)使用，于是严重增加了大气中CO₂含量，破坏了原来地表炭资源参加的生态平衡现象。挖出一吨炭燃用后，大气增加了3.7吨CO₂，折合纯CO₂气体体积188万m³。正常大气中CO₂含量为万分之三，而188万m³纯CO₂，可使94亿m²空气中CO₂增加到万分之六，形成相当严重污染。设200多年来至今人类挖掘A吨深炭资源，则污染空气增加为94亿×A亿立方米，是一个庞大的天文数字。危害的原因在于CO₂的化学健能高达531kj.mol^-1，生成自由能负值-394kjmol^-1，所以CO₂具有高度的化学稳定性和热稳定性。温度高达2373K，也只有1.8％的分解，所以CO₂在大气条件下是一个永久性气体具有长期稳定性。加以它的比重大于空气，导热率又低于空气(保温能力大于空气1.64倍)。CO₂污染的大气构成了一个特大的棉被子，紧紧的盖在地球上面，这就是温室效应。近年来喜马拉亚山2500米无雪了，南北极有冰融现象，大气对流异常，旱、涝灾害混乱，物种减少都与温室效应密切相关。最近文献资料及媒体报导中，出现了不少，所谓拯救地球的办法：如用海潮能量向空气喷水、硫磺屏障法，人选冰、人造云技术对空气降温，减少温室效应。但是我们不能忘记一个科学术语“太阳常数”太阳每昼夜向大气顶面每平方厘米投射的平均能量为720卡，也就是说对大气表面1平方米而言投射的能量是每天7200千卡，约等1公斤煤燃烧产生的热量。大气顶面面积比地球面积大很多，所以太阳对大气提供热量非常庞大。如果用海潮的能量降温，比之是微不足道，不能解决温室效应。正如“京都协议”和最近的“八国峰会”提出“到2050年把1990年CO₂排放量减少50％，这说明在人类无法克服温室效应的情况下，只好用“减排”来对付温室效应，显然这是一个比较现实的政策。但也只是一个权宜之计。“百尺竿头，日去其半”，2050年减少1990年排放CO₂的一半，3000年再减少一半，也就是说今后若干年都可排放CO₂，由于CO₂特有的叠积性。其结果是把已经恶化了200年的大气更加恶化是非常严重。目前国际上已出现了把“减排”改为“不排”的现象。最近(2007年6月)欧盟有几个国家研究筹建原子能发电站取代他国拟供应的天然气，用“不排”CO₂的能源取代排放CO₂严重的能源，显然开始走上人类希望的道路。本技术正是赞同此点，着重“不排”的研究。除此之外，我们把炭资源分成两种：深藏炭资源属于上亿年的没有参加地表生态平衡，大量使用时所产生的CO₂必然破坏平衡，增加温室效应；地表炭资源本身是地表生态平衡成员之一，它是地表植物残骸。使用时产生的CO₂又为植物所吸收，不会增加温室效应。所以还主张使用地表炭资源替代使用深炭资源。更希望能找到无机能源替代有机能源。

注：地表炭资源包括：海、陆植物残骸，如杂草、树叶、桔杆、有机物垃圾，禽畜粪便，污泥，非湿地保护泥炭，浅竭煤、海中浮游植物等，(其中我国1995年农村实耗薪材21318万，桔杆产出6.04亿作能源耗2.8亿吨，禽畜粪便8.5亿，垃圾清运10750万吨，内含有机物>1/3)。

三、发明内容

通过载带燃料把原子核裂变能、太阳能转变为发电、开车的动力，为此首先寻找元素氢化物的化学键能低于H₂的键能(103千卡)以下和氢化物的键生成热小于十千卡以下的元素，这样在元素周期表中非金属区，找到了一组具有特殊性能的元素群，称能量载带元素。载带元素群自身及其合金、氢化物等数以百计的物质都是载带燃料，它们非常容易产生氢在氢燃料电池中电化学燃烧发电，也可自己构成燃料电池发出电能，发电后的附产物多为合氧化合物，它们能高效而直接吸收核裂变热、太阳热再生为载带燃料。载带燃料在燃料电池中发电，效率可达84％，远高于通常受卡诺循环限制的原子能发电(压水堆效率≤28％)和受光谱吸收波段影响的硅太阳电池发电.(效率≤18％)。

涉及有载带元素参加的发电过程称载带核电或载带太阳电。它们是利用核能和太阳能等清洁能源的最有效方法，是后代人在地下深炭资源(如石油)用完前后所需发电、开汽车的长久能源，是解决当前全球暖化，无CO₂排放的根本能源。也是可能偶上战争时期，防止封锁的安全能源。核能方面除U235外，钍232在快中子作用下和U235一样也产生裂变能，钍在希土中含量丰富(10％)，我国又是富藏希土矿的主要国家，我国2/3国土，日照达2200小时，太阳能也很丰富。能源安全有长期保证。下面将详细论证这些有关问题。

1、载带剂或载带燃料的选择

1)载带剂及载带燃料应满足的条件：

a)载带剂的比能量(单位重量含有的能量)高；在耗能不高的条件下容易制得载带燃料；它在使用中不排放温室气体。

b)载带燃料具有电化学燃烧能力，用燃料电池即可发电，发电后排放物在耗能不高，中、低等温度条件下即可再生为载带剂或载带燃料。

2)选择优良的载带剂或载带燃料是解决今后清洁能源(不增加温室效应)和实用能源的关键。可以用经验和理论推论的方法来按上述a).b)的两个条件来选择。

经验选择举例：

目前汽车汽油虽然是非金属元素炭的氢化物，但是它是由深藏炭资源制得，是温室效应的制造者；汽油发动机受卡诺循环限制，燃料的能量转化率不高(≤20％)，不满足载带燃料条件a).b)，所以汽油不宜选为载带燃料用来开汽车。

众多文献报导金属镧及其合金作储氢材料有可能用作汽车动力，这是非重要的载带燃料的启蒙研究，但是由于镧是稀有元素，重金属，比能量小，不符合条件a)，故也不能选为载带剂。

周期表中轻金属(Li，Al，Mg)，及其氢化物LiH，AlH₃，MgH₂的比能量很高，载带能量很大，但是这们作为载带燃料工作后产生Lio，AL₂O₃，Mgo排放物，再生很困难，例如由Al₂O₃制一吨Al耗电高达20000度，不符合条b)，故也不能选为载带剂或载带燃料。

周期表中元素及其氢化物众多，用经验方法从万物中一个个的去选择符合载载带a).b)是不可能的，以下从理论方法选取。

用元素周期律：根据载带剂及载带燃料的条件a).b)，在耗能不高条件下容易制得载带燃料及载带燃料具有电化学燃烧能力，这时首先想到的是周期表中具有强还原能力的元素的氢化物，他们一方面可以产生具有电化学燃烧(被氧化)能力又可能在耗能不高条件下容易制得载带燃料之一的H₂，从周期律来看，周期表中元素氢化物含有5大类：

1、似盐型氢化物：维尔纳长表中第一二列元素LI.Na，K，Rb，Cs，和Ca，Sr，Ba的氢化物，含有阴离子(H-)和水作用剧烈并产生氢LiH+H₂O＝LiOH+H₂↑，这些性质很符事情条件a)，但产生的排放物是Li₂O必须消耗大量能量才能再生成载带剂LiH，这和a).b)条件有一定差距，故不能选为载带剂及载带燃料。

2、过渡型氢化物：直接和碱土金属靠近的第3-5直列元素和镧系锕系元素，称过渡型氢化物，如金属镧在冷时就吸氢并放出大量热(20千卡/mal)，生成化合物LaH₃，但这种氢化物与碱土金属的真正氢化物不同，它的氢含量与压力有关，所以有过渡性。这类金属氢化物本来应是很好的载带剂，易吸收，又易放出载带燃料氢，但总的含H₂量及比能量仍小，未能选为载带剂。

3、金属的：6-10直列的金属元素，随着温度升高可以促使氢的熔解度增大，但溶体中H^-已不存在，完全失去盐型，一般比能量很小。

4、聚合的：11-12直列的元素几乎不溶解氢也不与氢起化学作用。但曾用各种不同的间接方法制得Ca，Ag，Au，Be，Mg，Mg，Zn，Al的氢化物，但它们在普通条件下是很不稳定的无定型固体物，这说明它们的聚合的特征，但无载带剂选择价值。

5、挥发性氢化物：13-17直列元素，都能用某种方法制得稳定的氢化物，它们的沸点各不相同。第VIII族元素的氢化物，除铁而外基本上都是贵重金属，无法选择为载带剂，但该13-17直列元素中的非金属元素则宜作另论：

即B、C、N；Si、P、S；AS、I的氢化物属挥发性氢化物，可选为载带剂。

由以上讨论可知，对所有的金属元素及其氢化物都不能选择为载带剂，下面讨论如何由非金属元素中去选择。这时最好用维尔纳周期(长)表，因它已鲜明指出所有非金元素在表中的右上角位置(图一)，为了便于讨论，在(图一)中特别注明了它们的氢化物的化学键能(千卡/mol)。

用维尔纳周期表，表达所选非金属元素所处的位置，(图一)中，下斜线的上方为非金属元素，下斜线的下方是金属元素。上斜线的上方为O、Cl、F，上斜线的下方为非金属元素。上、下斜线定界中有非金属元素共12个，按载带条件a)“在耗能不高的条件下可以制得载带燃料”。H₂是载带燃料的一种，为了从非金属元素及其氢化物中制氢。耗能不高的办法是用较易分解的氢化物(化学键能低的那些元素的氢化物)来获得稳定的H₂，而H₂的化学键H-H键是103千卡，所以根据条件a)的要求来选择载带剂时应选择低于103千卡化学键能的那些元素的氢化物，就是图一中两条斜线界定中的那些元素，这些元素的氢化物化学键能在低于103千卡以下，他们就是B、C、N；Si、P、S、As、Se、Br；Te、I；At。由于Se、Te、Br、At在地球上储量少，N元素及其氢化物NH3主要用于肥料不用作能源，于是元素B、C、Si、P、S、As、I及其氢化物被选为载带剂和载带燃料。这里还增加了元素Mn。因它是所有金属元素连周期表中最右上解的一个金属元素，金属性最弱，同时最靠近非金属元素。

2载带元素在周期表中的地位

B、C；S、P、Si；As、I等元素，在周期表中处于不同周期，不同族娄，但它们处于一定对角线上，彼此之间具强烈的共同性能，也可与临界界外元素有不大相同的性能突变，而形成一种特娄元素，把这一特娄元素，称为载带元素。理由是：

1、这些元素的氢化物，都是挥发性氢化物，管道化运输可以解决。

2、这些元素的氢化物的化学键能都是低于氢的化学键能(103千卡)容易制取高能燃料氢。

3、这些元素的氧化物被CO还原的温度，由热力学第二定律ΔG＝ΔH-TΔS，求出这些载带元素的埃林享(Ellingham)的生成自由能一温度曲线图(三)，由图中交点，求得只要中、低温度就可把氧化物还原再生为载带元素。而界外临近的镁、铝元素氧化物的CO还原温度高达2000℃高温以上才能还原。因界外元素镁、铝不是载带元素。

4、这些元素的氯化物的生成熟，普遍都是较低的(千卡/克分子)容易被其它元素所还原再生：Sicl₄ 35，5，Bcl₃ 31.0，Ascl₃ 24-1，Pcl₃ 23.0，S₂dl₄ 7.0，Icl 6.6，Ccl₄ 6.3。

5、由于这些元素是由(图一)中，两条上、下斜线所界定，界内的元素与界外元素的性能有巨大差异：

例如，第三周期元素，Na、Mg、Al、Si、P、S，前三个属界外，后三个属界内，它们的氟化物沸点、熔点如下：

        NaF   MgF₂  AlF₃  SiF₄  PF₅  SF₆

溶点℃  995   1250  1010  -77  -94  -51

浊点℃  1702  2260  1260  -90  -85  -68

        即由界外元素过踱到界内元素，性质有巨大的突变

再如(图二)中，界内的B、C、Si、P、S、AS、I元素氢化物的键生成热都在10千卡以下，而界外的F、cl、O的氢化物的生成热却突然高到达20-60千卡。

6、由于这些元素氢化物的键的生成热都在十个千卡以下(图二)，这时它们的逆反应为氢化物的分解，制氢反应，其反应热也只是几十个千卡以下，即用这些元素容易制出氢气。由以上各点，说明在门捷列夫短周期表在右上解按图一的方法绘出上、下两条直线作为界线，界内所包含的非金多属元素形成一组具有特殊热力等性质的元素群(B、C、Si、P、S、AS、I)，可把这些元素命名为能量载带元素，它们的氢化物命名为载带剂，载带剂能够在耗能很少的条件下可获得载带燃料H₂，氢在氢燃料电池中产生电力。当然载带燃料并不局限于氢，例如如下可得磷的电化学燃烧(原电池)：

即载带燃料也包含载带元素本身，它们既可组成上述高电压，原电池也可组成燃料电池，并且它们形成的燃料电池的电动势，约高于氢燃料电池的2倍。详实例十二，21种载带燃料电池。

7、载带燃料无论在氢燃料电池中、自身构成的原电池中、或载带元素燃料电池中，电化学燃烧发电后，都产生含氧化合物排放物，它们都可在核裂变能或太阳能下的中、低等温度下还原为载带燃料，重覆使用，参见本节3。

四、发明的有利效果

以下讨论8个载带元素及其氢化物用作为能源载带燃料的实例及有利效果。

实例一：载带元素炭及其氢化物用于核电一“CH型载带核电”。它是以地表炭的炭氢(CH)化合物为载带剂，在直接核供热条件下(不是通常原子能发电供热)制成载带燃料H2(合乎载带条件a)、b)，H₂在氢燃料电池中直接发电，这种发电称“CH型载带核电”，其特点是消耗1克U²³⁵可发电252256.8千瓦时，普通压水堆核电站消耗1克U²³⁵只能发电18,000,000千卡×0.2/861＝4181千瓦时。“CH载带核电”发电效率高的原因有二：

原理依据一：有机化合物的发热量在任何情况下也不等于其分解组份的发热量的总和，有的低于总和，有的高于总和。从地表炭资源(详前)容易得到炭及其氢化物和其它化合物这类有机化合物的发热量低于其分解组份发热量的总和，也就是说，这些化合物在核共热和催化作用下得到它们的分解组份，分解组份的燃烧热总和远大于地表炭资源本身的燃烧热(3600千卡/kg)，特别是当这些组份大量含有高强度还原物质如H₂、CO时更是这样，根据这一原理，为高效率利用地表炭资源发电提供了有力依据。

例如：CO₂+CH₄(沼气)→2CO+2H₂，化合物CH₄的燃烧热为7835千卡/m³，CO₂的燃烧热为零。经核能热或太阳热分解后，得到它们分解组份：2CO的燃烧热＝2×3034＝6068千卡/m³，加上2H₂的燃烧热＝2×2570＝5140千卡/m³。即分解组份的总和燃烧热：6068+5140＝11208千卡，远大于化合物CH₄本身燃烧热7835千卡/m³。就发电能力而言，化合物CH₄普通热机发电7835×20％/861＝1.8千瓦时。组分2H₂的氢燃料电池发电：5140×50％/861＝3.0千瓦时，组份2CO的CO燃料电池发电：6068×50％/861＝3.5千瓦时。即组份的发电量总和是3+3.5＝6.5千瓦时，相当于CH₄化合物普通发电量的倍数为：(3.0+3.5)/1.8＝4.7倍，所以“CH型载带核电”比普通CH₄热电效能高得多。所以用“CH载带核电”可大幅度提高地表炭资源的发电能力。

原理依据二：地表炭资源中的C，它的氢化物在核裂变供热条件获得载带燃料H₂、CO在燃料电池中电化燃烧直接发电，可把目前核电站中受卡诺循环限制的水蒸汽轮机发电效率由20％提高到50％以上。

根据一、二两点，使用载带剂和载带燃料的核发电，可把地表炭资源的发电能力大幅度提高。

2、已有的相关工业实践

一吨地表炭资源容易获得360kg木炭和320m³CH₄甲烷(沼气+木炭甲烷)。

1)CH₄制氢：

采用铝、铬氧化物活化Ni为催化剂，用氧和水，氧化CH₄制氢：用CH₄和水蒸气作为进入催化反应器的原料，先由核供热167326千瓦升温到500℃，经催化放热反应就自动升温到750℃，达到反应平衡，这样可使100m³甲烷经过二段法转化，从物料平衡和能量平衡表中显示得到19.27公斤氢，对一吨地表资源而言可获得CH₄制氢：3.2×19.27＝61.66公斤氢。

2)木炭制氢：由地表炭资源(沼气渣等)获得的“木炭”比深藏炭的化学活性高很多，在通常炉中容易制得发生炉煤气。实验证明，消耗21.65公斤“木炭”可制得发生炉煤气100m³(CO38％，H₂19％，N₂45％体积)，该气加水蒸气后，经过铁铬催化剂反应管在425℃-550℃下，其中CO被水蒸气氧化产生CO₂H₂，CO+H₂O＝CO₂+H₂。

该反应不用外加热，因反应本身是放热，可自行维持温度100m³煤气产51.5m³H₂，CO变为H₂的转化率84％(体积比)。乘以氢比重(0.088)得4.43公斤氢，一吨地表炭资源含“木炭”360公斤，得360÷21.65×4.43＝73.66公斤氢。由1)+2)，一吨地表炭资源共得H₂：61.66+73.66＝135.32公斤氢。即消耗热能167326千卡，处理一吨地表炭资源，得到电能135.32kg×30000千卡/kg×0.5/861＝2357.5千瓦时。(一吨地表炭资源得135.32kgH₂，在氢燃料电池中发电量)。

设热量由核裂变供应，消耗1克U235可产生核能18000000千卡，该能量可处理18000000千卡/167326千卡＝107.6吨地表炭资源，并获得“载带核电”107.6×2357.5＝2522556.8千瓦时。这证实了前述CH载带核电的潜力。

电价：由于核供热可使用多年，可计在固定资产中，因此核能可不计入原材料消耗成本，而在第一次投资中解决，于是原材料成本主要是地表炭资源的消耗，每吨以150元计，则电价107.6×150元/252256.8度＝0.064元/度。高额利用产生在下游三级产品中。

3、CH载带核电的热功效率：通常原子能发电与生物质能资源(地表炭资源)发电，在专业分工上有天远之别。正因为如此，而产生共同的弱点是发电过程中都采用了受卡诺循环限制的热机发电，效率较低(≤20％)采用水的临界温压时可达28％。一吨生物质有机资源用普通垃圾燃烧发电方法发电量为1000kg×3600千卡/kg×0.2/861＝836千瓦时，用热核能热167326千卡的普通原子能发电方法发电量为167326×0.2/861＝39千瓦时，二者发电量的总和：836+39＝875千瓦时。

而“CH载带核电”发电中用同样的167326千卡的核能处理一吨地表炭资源，得到135.32kgH₂，在氢燃料电池中发电，则发电量：135.32×30000×0.5/861＝2357.5千瓦时。即CH载带核电方法的发电量高于普通原子能发电与普通垃圾发电量之和的2357.5千瓦时/875千瓦时＝2.69倍。使总热变电的效率由20％提高到53.8％。

4、CH载带核电厂

由1的理论依据和2的相关实践数据已知消耗热能167326千瓦处理一吨地表炭资源，可得到载带燃料H₂135.3kg，它在氢燃料电池中发电2357.5度，其中热能可以核供热完全替代，设备如下：载带核电使用高温氦冷堆，氦气通过反应堆被加热，出口温度>750℃，高温氦把二回路加热，二回路中含活化Ni、催化剂。反应气体含富氧空气、水蒸气，CH₄(沼气)在催化剂作用下750℃下快速达到反应平衡产生氢，有趣的巧合是该温度与高温氦冷堆供热温度一致，所以反应结果，应与2相合，我国863计划清华大学研制成功实验高温气冷堆10兆瓦输出，由前面2结果推知，这个投资很小的实验型反应堆足够兴办一个相当规模的载带核电大厂：因为10兆瓦可以每日24小时提供热量：240000千瓦时＝861×240000千卡，可以处理861×240000千瓦/167326千卡＝1200T/日地表炭资源，得H₂1200×135＝162000kg，发电：1200×2357.5＝283万度/日，地表炭用1200×360＝4.3万吨，每年可发电10亿度。用功率不大的实验型高温气冷堆(U²³⁵消耗以克计)，在核能直接高效传递和催化系统中的把具有载带条件a)b)的载带剂转变为高能载带燃料H₂并进行电化学燃料发电，可以把1吨地表炭资源的现有发电能力：1000kg×3000千卡/kg×0.2/861＝836千瓦时，增加3倍达2357千瓦时，获得电价成本仅0.064元/度，这可能是用地表炭资源替代深炭资源的一种重要形式。

如果我国有30个省把他们每一年拥有的可再生的几千万吨地表炭资源(如四川)中抽出一千万吨用于“CH载带核电”，则该省可获得载带核电年发电量为：1000万吨×10亿度÷43万吨＝232亿度/年。这个发电量相当于我国1993年从法国引进2×90万千瓦核电站，两机年发电量100亿度/年的2.3倍，即4.6个90万千瓦核电站的发电量。即该省增加4.6×90＝414千瓦载带核电.若每省有这个数量的很廉价的不会增加温室效应的载带核电，将自动放弃火电、煤电，于是可大幅度减少CO₂的累积。对30个省而言，每年增加6900亿度电，减少3.72亿吨煤的使用和接近8亿吨深炭温室型CO₂的排放，将有效控制全球温室效应。载带核电可用的高温气冷实验型堆，具有固有的安全性，它是由1941年费米第一个铀石墨反应堆演变而得，这类反应堆从未发生过事故，已有60多年历史。加上近代控制技术，包括堆上建大水盆技术，可说它绝对安全。因用的只是实验堆，又是小型的，故与核武器完全没有关联，并且建设投资很小。

5、海边建设CH载带核电的意义

1)把现有陆地地表炭资源扩大，争取更多能源

若“CH载带核电”建设在海边，则可用浮游植物(红海中的红藻或其他浮游植物)作为地表炭资源发电。已有人作过实验，5吨浮游植物可吸收8吨CO₂，他建议作为拯救地球的办法。在这里则5吨浮游植物有第二个功能，即可发电。或者5吨浮游植物可使1603匹马力的轮船开动10小时，因11788千瓦时×1.36＝16031马力小时。

2)开发基本化学工业与人造树吸收CO₂。上述CH载带核电的廉价电力，电解海边食盐水，获得廉价碱，进而在多种下游产品中获得高利润。

由一项国内电解食盐的经济技术指标，使用4.3伏，30000安直流电，24小时产NaOH718kg，cl₂908kg，H₂30kg(按本技术载带燃料H₂可发电523千瓦时)。

实际耗电：300000A×4.3V×24h＝3096千瓦时，3096-532＝2573千瓦时

消耗电费：2573×0.064元＝165元(用载带核电)

产烧碱价：165元/718kg＝0.23元/kg(目前NaOH市价3元/kg)，余下的908kgcl₂及Hcl没有计价，因耗电已记在NaOH内。由上述非常廉价的碱是可以制作强烈吸收CO₂的人造树，全球前十名受CO₂污染严重的城市应首先使用这种廉价而高效的人造树吸收CO₂(80TNaOH吸收44吨CO₂)。一切车，船的尾气端都应装有这种NaOH吸收CO₂装置。吸收后产生的Na₂CO₃用于废水处理，造纸或由海水中的Cacl₂中和变成CaCO₃作建筑材料或投入深海变成深炭。快速解决温室效应问题，不能等到2050年减少CO₂至1990年的一半。因为地球暖化是加速进行的，专家们原来估计2050年北极冰川融化。现在评估提前了20年至2030年融化，可使大西洋与太平洋相通，海平面上升加速危及人类。

实例二：载带元素硫及其氢化物H₂S用作汽车动力及“SH载带核电”。用上述NaOH人造树的废物NaCO₃和前述电解食盐水废物HCl及由SH汽车回收硫来制造H₂S；无水Na₂CO₃与回收S等量混合微热熔化后，得硫肝(多硫化物)，在低温下用Hcl中和得多硫化物分解：HCl+硫肝→H₂S+SH₂S可以冷却加压液化(液体沸点)-62℃，它的临界温度100℃，临界压力89atm，液体比重1.374。一个近代工程塑料高压瓶100升液体H₂S，重量为137.4公斤，慢慢在汽车开动中，由车上一个管式反应器中有三段反应区，(碘区、铂石棉区、液态硫区)可把H₂S这个载带剂在耗能不高(车顶上装的太阳聚光镜)的情况分解，并逐渐分离出液体S和纯载带燃料8公斤H₂，它在车上氢燃料电池发电量：8kg×30000千卡/kg×0.5/+861＝139千瓦时，这个能量等于普通汽车开车的汽油139×861/11000×0.2×0.7＝78升(376元)，于是新的电动车在用一瓶H₂S载带剂137公斤，可开车780公里，同时获得129公斤硫，工厂收回这个硫后，用前述无价的NaCO₃和HCl又制高压H₂S一瓶，硫可反复使用，彻底防止H₂S泄漏。

目前国内已报导的钢瓶氢开车，是用一个50公升300大气压的特制钢瓶贮氢1.34公斤。它的总重量与一瓶载带剂H₂S(100升100大压)相同。前者需要设立多个高压加氢站(投资很大)，后者则可在普通化工商店、汽车客站换新的瓶装燃料即可，前者行程100公里，后者行程780公里。

与目前汽车动力比较，普通耗油不高的跑车，100公里耗油10公升，780公里耗油78公升需负担78×4.7元＝367元，而载带剂车跑780公里耗原材料量费数元。设这种载带剂燃料可把现在汽油价降低30％，则消费者消耗一瓶载带剂获利367×30％＝110元，厂方及销售部门销售一瓶获得利税367-110＝257元，于个人国家都有较高经济效益。

SH载带核电——由前述制硫肝的方法，基本上没有原材料成本的消耗，即可获得H₂S制H₂，在电厂生产时，可不用载带三段反应，而是直接核供热，分解H₂S制H₂：H₂S＝H₂+S-4.8千卡/mol全过程中，硫可反覆利用，NaCO₃，HCl可无价获得，实现制氢耗能极少(4.8千卡/mol)。氢在燃料电池中发电效率高，所以SH载带核电的电价，可能比CH载带核电的电价更低。

实例三：载带元素硼及其氢化物用作汽车动力及BH载带核电：硼是八个载带元中最具能量载带价值的元素，它本身及其氢化物和氢化物盐，诸如B、B₂H₆、NaBH₄，LiBH₄等都是含氢量很高的载带剂，都是可以很方便的获得载带燃料氢，加以这些载带剂本身也可作成它们自己的燃料电池使用，很有利于能量的载带与转移。但其缺点是制氢发电后的排放物B₂O₃再生为载带剂时，按现有一切方法都很昂贵，例如目前NaBH₄售价1600元/kg，尽管NaBH₄的比能量高于汽油，但售价太高，无法用之替代汽车开车，因而需用下法生产单质硼及其氢化物。BH载带核电厂：这里采用新的办法由B₂O₃的炭还原温度1775℃，改造为1250℃的其他办法来获得单质硼。同时采用铀一石黑堆提供750℃的大量热能和聚焦太阳能提高温度到1250℃，在这样的原子太阳真空炉(图四)中用新体系实现B₂O₃再生为载带剂和燃料，采用的生产流程如下：

首先用地表炭还原氧化亚锰，这时的自由能方程ΔF°＝121800-81.41T，所以在1223℃下反应：

2MnO+⁸/₃℃＝2/3 Mn₃C+2CO       (1)

进而同温度，真空情况下：

Mn₃C+BaO→Ba↑+3Mn+CO　　　　　(2)

即按(1)(2)把锰、木炭和氧化钡放在“原子太阳真空炉”(参见图四)中加热到1223℃，在高温下抽真空，使钡蒸汽收集在冷凝器上，取出钡与从载带燃料汽车收回的排放物B₂O₃(硼酸)作用，在900℃左右加热起动如下反应：因为Bao生成热66.5(千卡/克当量)大于B₂O₃生成热50.17(千卡/克当量)，所以反应可直接发生：

3Ba+B₂O₃＝2B+3BaO               (3)

(3)式产生硼元素，用之直接作汽车动力燃料，剩下BaO用在(1)(2)反应中再生产钡，钡又生产硼，整个生产循环除消耗少量木炭外，其他无原材料消耗(Mn起催化作用)。在汽车上使用载带燃料硼与热水作用产氢(如下(4)式)在氢燃料电池中产生电力。另外也可直接使用硼燃料(电池)它的电压2.19伏(实例十二)来发电推车。硼与热水作用产氢如下：

2B+6H₂O＝2B(OH)₃+3H₂↑

汽车内按上反应(4)，用硼10kg，可生产3kgH₂，它的推动力；

3kg×30000千卡/kg×0./861＝52.3千瓦时

相当于汽油52.3×861÷11000×0.2×0.7＝29公升的推动力。即1kg硼约等于2.9公升汽油的推力。这可能是用无机非炭燃料替代有机石油燃料的典型例子。

BH载带核电厂，主要设备：

1)原子太阳真空炉(见图四)

1、聚焦太阳能入口，2、聚焦太阳能反光镜(1250℃)，11、3>750℃氦气入口，12、4返回U235石墨堆，15、耐火砖炉壁，14，MnO、木炭，BaO加料口，13、5，高真空活接口，6、1250℃超导热管，7、Mn与渣出口，8、钡金属蒸气凝管及收集器，16、钡金属出口；10、原子核热预热段750℃，9、太阳热(1250℃)还原反应段。18.转轮推动全部炉转动。

2)聚集太阳能(1250℃)

单镜：每小时67千卡/m²，990m²(1.5亩)聚焦镜，每小时提供能量：

990×67＝66330千卡，66330/861＝77千瓦时。总镜：100个单镜，共100×77千瓦时＝7700千瓦时(150亩)

3)小核能供热(750℃)

用小型供热堆计10万千瓦，供100个原子太阳真空炉(图四)，每炉接受核热1000千瓦和太阳能77千瓦，每炉每天工作6小时(我国2/3国土，日照2200小时)总供热6×(1000+77)＝6462千瓦时，此热量与普通电炉治炼2吨锰所耗能略高，按前述反应(1)(2)(3)，2吨锰得1660公斤钡，进而得88公斤硼，最后得24公斤氢。再由(2)式得1660公斤钡同时产生340公斤一氧化碳，把340公斤——氧化炭进行水蒸汽催化氧化(参见前面CH载带核电得19.4公斤氢)共计得氢24+19.4＝43.7公斤。则BH载带核电厂每天总共得氢43.7×100＝4370公斤，氢燃料电池发电：76132千瓦时/每天，相当于每天得汽油44m³的发电量，(可供4400部硼氢汽车使用)按目前汽油价，每天收益22万元，年收益约8千万元，扣除原材料地表资源木炭消耗400万元后有较高效益。循环过程中所有硼、锰、钡无损失，只有水和核能和太阳能消耗。

实例四：小体积大能量载带剂二硼化锰MnB₂

在实例三中用核能(750℃大面积供热)，再加上局部还原反应区聚焦太阳能(1250℃)供热而构成的“原子太阳真空炉”中，首先用Mn₃C还原BaO，在反应温度(≈1000℃)下建立了平衡，该平衡可因在真空中增大钡的挥发度而向析出钡的方向移动，同时析出单质锰。高温钡蒸汽与硼酸作用还原出硼。

3Ba+B₂O₃＝2B+3BaO

这是由于BaO的生成熟(66.500千卡/克当量)大于B₂O₃生成热(58.170千卡/克当量)的原因。将上述单质Mn与B按下述反应合成MaB₂：Mn+2B＝MnB₂MnB₂：比重6.9 在冷水、热水中离解

76.57公斤MnB₂的体积 76.57/6.9＝11升

即11升MnB₂在车船上加水，可以发生8kg氢，氢在车载燃料电池中发电8kg×30000千米/kg×0.5/861＝139千瓦时。相当于普通汽油139×861/11000×0.2×0.7＝77.7升的发电量。11立升MnB₂的发电能力等于77.7立升汽油的发电能力。所以MnB₂是小体积大功率的能量载带剂，与汽油等体积的MnB₂具有用能量是汽油的7倍，适合于高速运动车、船作为动力减少运动器的空气阻力。

实例五：载带元素B的氢化物盐类用作汽车动力

实例三中已述及载带元素B本身及其氢化物和盐类如NaBH₄，LiBH₄都具有很高的可释放的氢含量，都是很理想的载带剂，它们是可直接用在氢燃料电池中而不用铂催化剂。但是他们目前因生产成本高达360元/kg，售价500—1600元/kg，所以实际上不能用于开车，如果采用实例三中廉价还原：2Licl+Ba→2Li+Bacl₂，由于Bacl₂生成熟(102640卡/克当量)大于Licl生成热(97650卡/克当量)同时Li的蒸汽压在高温>750℃(核反应堆)下远大于Ba的蒸汽压，上述反应可以实现，所以这种方法(实例三结合实例五)将获得廉价载带燃料。LiBH₄，NaBH₄，合成步骤如下：

Li+H₂＝2LiH         MnB+3Hcl＝1/2 B₂H₆+Mncl₃

在浓硫酸中：B₂O₃+3MnF₂+3H₂SO₄＝BF₃+3MnSO₄+3H₂O

2LiH+B₂H₆＝2LiBH₄   4NaOH+BF₃＝NaBH₄+3NaF

实例六、又例载带元素硼作载带燃料开汽车及BH载带核电厂

实例三已说明1kg硼的推动力等于目前2.9公升汽油对汽车的推动力。本例再补充无定型单质硼在BH载带核电厂中的循环步骤：BF₃很容易由“BH载带汽车”的回收废物B₂O₃和H₂SO、ZnF₂在“BH载带核电厂”中的化学工艺制得：

B₂O₃+3H₂SO₄+3ZnF₂＝2BF₃+3ZnSO₄+3H₂O    (1)

因为ZnF₂的生成熟(96千卡/克当量)大于BF₃的生成熟(85.6千卡/克当量)所以可发生：

3Zn+2BF₃＝2B+3ZnF₂                   (2)

(2)式中所产B为无定形硼(非晶)用作汽车载带剂与水蒸气作用生成H₂，在燃料电池中发电作汽车动力。ZnF₂则返回(1)式中。(2)式中ZnSO₄在气冷U235-石墨堆供热750℃下，有

(3)式中ZnO在地表炭作用下，在原子太阳沸腾炉(图四)的竖炉提供1200℃温度挥发为Zn锌蒸汽(见(4)式)它与BF₃按(2)作用，得非晶硼，完成循环使用。即在总耗核能、太阳能不高的条件下，获得汽车动力。

实例七，载带元素碘及其氢化物HI用于核电—“HI型载带核电”按(图二)在定义的载带元素中，沿中斜线C—P—Se—I次序，C的原子量最轻，I的原子量最重，所以I形成的载带剂HI的特点：1)是生成熟(-5.9千卡)最低也是最容易热解出载带燃料H₂以用于发电；2)是再生为HT也较容易(耗能较少)。但是HI的分子量太重，不宜作运动车船的动力，最适合建HI载带核电厂发电，把发生的电流充装在蓄电池动力车用，代替深藏炭资源，以减少大气污染，以下介绍几种建造HI型载带核电的方法：(其他建造HI载带核电、载带太阳电的26种方法见实例十三)

方法(1)：用磷矿石或自产磷酸钙与地表炭(机制木炭为活性)混合在CH型载带核电(0.064元/度)电炉或原子太阳炉(图四)中以中等温度1200℃下加热挥发出P₄。

2Ca₃(PO₄)₂+6SiO₂+10C>→6CaSiO₃+P₄+10CO-349千卡/Mol      (1)

632kg 360kg 120kg   696kg 124kg 280kg

降低温度，P4与碘混合，温度低到PI₅不分解为止，得到

P₄+10I₂＝4P I₅             (2)

124kg      2540kg

水分解     4PI₅+16H₂O＝4H₃PO₄+20HI   (3)

                       392kg  2560kg

HI催化剂热分解 20HI→ 10H₂+10I₂-4.8千卡/Mol   (4)

               2560kg 20kg 2540kg

全过程产H₂：

由(1)280kgCO水蒸汽氧化制氢(详实例一)得氢：20kg×80％＝16kg与(4)20kgH₂合计：36kgH₂，以氢为载带燃料氢与其他氢不同，特点是由载带剂HI，只需不高的能量即可制得，也能及时进行氢燃料电池发电：360×30000×0.5/861＝627千瓦时(5)

这个能量相当于普通发电用汽油：627×861÷11000×0.2×0.7＝350升汽油          (6)

能量消耗：以千克分子计(1)式消耗反应热349000千卡；物料升温耗1.25％×349000＝4362千卡；炉镜、炉口热量损失2％×349000＝6980千卡合计360342千卡；(4)式热分解生成20kgH₂和16kgH，耗能4.8×36000÷2＝86400千卡；全部总耗446742千卡。

小结：使用620公斤磷矿石，产出36kgH₂后的燃烧热36×30000千卡＝1080000千卡，产生纯磷酸329kg(售价4800元/T)后，还增加发电量(1080000—446742)×0.5/861＝368千瓦时，这种方法可把现有磷基地，晋升为能源基地，而变为双重基地的同时，还免除了煤炭的使用，减少温室效应。

由上述方法可知用620kgCa₃(PO₄)₂等可生成一千克分子P4(124kg)最后获得369kg氢，过程中产生的392kgH3PO₄在这里如果不用于出售，而是直接用之与反应方程(1)中的CaSiO₃渣粉混合，继续在原子太阳炉中制第二批P4，反复这一过程，则在HI载带核电中除水而外基本无上磷，碘损失。36kg氢的燃烧热36×30000＝1080000千卡，扣除全过程总需要446742千卡而外，可纯净发电368千瓦时。并把它当作磷矿石一个小车间。由于以上方法总耗能不高，只需要一个小型反应堆的功率即可。例如在反应堆正常的工作的条件下，中了增值系数(K＝1)，单位时间的裂变数，每秒有3×10¹⁶个裂变，也就是1克的原子核(其中有3％以下属于U235)进行一夜(24小时)裂变，反应堆供能1000千瓦功率，即放出860×1000×24＝2千万千卡热量，这个热量可供以上小车间20000000/446742＝40个运转，每天发电40×368＝14720千瓦时以上，所用反应堆比清华大学研究的还小十倍(仍然K＝1)，安全上容易保证，而且这种“HI型载带核电”比通常核电发电量高约14720/4181＝3.5倍。

方法(2)：碘与亚硫酸液混合微热则发生：

把(1)式中所产生H₂SO₄脱水形成具有氧化性的浓硫酸，与木炭作用，再生为H₂SO₃：

在(3)式中，由炭把浓硫酸还原为SO₂返与H₂O作用形成H₂SO₃返回(1)式，(2)式中的H₂进入氢燃料电池发电。(2)式中产生I₂返回(1)式再循环。记有Δ的方程式，均由太能热量或核热量加热，总耗热很小。

方法(3)：将水滴加在磷和磺的混事物上，则发生2P+3I₂+6H₂O＝2H₃PO₃+6HI

亚磷酸用木炭吸收后，在原子太阳真空炉(见图四)中反应：

2H₃PO₃＝3H₂O+P₂O₃

P₂O₃+3C＝2P+3CO这样制得再生磷。

6HI→用于制氢发电

方法(4)碘与H₂S作用

I₂+H₂5＝2HI+S+17.5千卡

S与Na₂CO₃作用制硫肝(同SH载带核电、太阳电)加酸再生H₂S，碘与H₂S都参制再循环。2HI→H₂+I₂，H₂在燃料电池中发电。

办法(5)人造树用烧碱与载带剂HI的联产

人们对电卤作用进行了很多研究，应用放在两个用羊皮纸包住的铅阴极之间的铂阳极，无隔膜电解进行三碘甲烷的电合成。电解用125克KI，100克K₂CO₃(人造树废物)，250毫升96％酒精和1000毫升水组成，阳极电流密度0.1安倍/cm²，生成三碘甲烷沉淀析出沉底，总耗电每公斤三磺甲烷1.7千瓦时。

阳极过程：I₂+OH^-来自(阴极)＝HIO+I^-(HIO→最初产物)

          CH₃CH₂OH+3I₂+HIO→CHI₃+CO₂+5HI+H₂O     (1)

阴极过程：10I^-+CH₃CH₂OH+H₂O-10e→CHI₃+CO₂+7HI    (2)

          10K⁺+10H₂O+10e→10KOH+5H₂             (3)

由(1)(2)(3)式全过程(阳极+阴极)可知：(以下括号内用公斤克分子计)在电卤化法中，由(1)(2)式主产2克分子CHI₃，(2×394＝788kg)总耗电788×1.7＝1339.6千瓦时，付产氢5HI+7HI+5H₂(计氢气22kg)、KOH(10×56＝560kg)，消耗乙醇CH₃CH₂OH(2×46＝92kg)，碘可全回收。结果：

1)在最有效合成CHI₃时，应保持OH^-适中，必需不断涌入CO₂中和大量产生的KOH(560公斤)(NaOH)，这个步骤正好用在重工业(钢铁)的CO₂减排上，有人用80t NaOH吸收44tCO2，产NaCO3 100t。

2)CHI₃用砷碱液转化为二碘甲烷用作X光底板，分离矿物，12万元/T。CHI₃也可以在光催化氧化分解出I₂返回循环、反应。

3)由于(3)式中有大量的达10个公斤克分子的KOH(560公斤)生成，用于钢铁工业308公斤CO₂的减排，耗电90％×1339.6＝1205.6千瓦时。剩下的1339.6-1205.6＝134千瓦时用来把92kg乙醇和H₂O中的22个H电分离出HI，再经过耗能不高的载带剂转化为22kg氢气，这是电卤化法制氢的特有高效率，回收电能22×30000×0.5/861＝383千瓦时(注：92kg乙醇在通常热机中只能发电92×7100×0.2/861＝151千瓦时。

方法(6)其它制载带剂HI的方法多达几十种(详实例十三)，它们都能各自的组成循环系统用于载带核电中，举6个例如下：

2I^-+SbO₃ ^-+6H⁺＝I₂+Sb⁺⁺⁺+3H₂O

2VO₃ ^-+2I+S12H⁺＝2V⁺⁺⁺⁺+I₂+6H₂O

4I^-+H₂Sb₂O₇+12H-⁺＝21₂+2Sb⁺⁺⁺+7H₂O

连锁反应：H₂SO₃+HIO₃→H₂SO₄+HI     HI+HIO₃＝I₂+H₂O

          H₂SO₃+I₂+H₂O→H₂SO₄+HI

实例(八)载带元素硅直接用作汽车动力与“SiH载带核电”。载带元素硅直接用作载带剂与车载NaOH液作用产生H₂，在燃料电池中发电，形成汽车动力。

(1)SiH载带核电厂运作内容

用载带燃料汽车回收的SiO₂与地表炭和氯气，混合在1250℃立式原子太阳旋风沸腾中加热，也可适当引入少量S₂cl₂提高温度：

(1)SiH载带核电厂动作内容

用载带燃料汽车回收的SiO₂与地表炭和氯气，混合在1250℃立式原子太旋风沸腾中加热，也可适当引入少量S₂cl₂提高温度：

由上式产生的Sicl₄与锌蒸汽作用产生非晶硅，由2CO按实例(一)进行水蒸气催化氧化得3.3kg H2：

Zncl₂由(2)式经碱中和得ZnO，把ZnO在原子太阳炉中用地表炭还原为锌返回再用，完成再产非晶硅的再循环：(1)(2)(3)(4)

设在(1)(2)(3)(4)循环过程中没有由CO回收H₂，则生产1公斤非晶硅，耗地表炭资源1.28公斤，即原材料成本1.28元/1公斤非晶硅。

(2)用非晶硅开汽车的简略经济核算

以CH载带核电(实例一)为基础：NaOHO.23元/kg，cl₂、Hc不计价。

设SiH载带核电厂中，本厂车队的某车，用28公斤硅和80公斤NaOH，按原材料成本计价，投入28×1.28元+80×0.23元＝53.4元

收入：(a)4kg H₂发电：4×30000×0.5/861＝69.7千瓦小时，相当于普通汽车用油69.7×861/11000×0.2×0.7＝39公升，行车约400公里，节约收入油费39公升×4.7元-53.24＝130.8元。

(b)超微白炭黑收入：Na₂SiO₃高纯物，可制得1500目超微白炭黑(18800元/T)60kg，售价60×18.5＝1110元，环卫效应不计价。总效益：收入—投入＝1110+130.8-53.24＝1187.5元/一车行400公里。

实例九  载带元素砷及其他合物用于“AsH载带太阳电”厂。砷的硫化物在水中溶解度很小，它们的溶度积Ksp仅为2.1×10^-22，使用安全。特别是在含砷的发电循环系统中耗能特别低，故非常适合在不用核能的条件下，兴建“ASH载带太阳电厂”，举例如下：

AS₂S₃具有还原性能和具有氧化性的多硫化钠反应，生成硫代砷酸盐，这与它在周期表中的同族元素、锑、铋有所不同，正是抓着这一差别，砷构成了能源载带元素，而锑、铋则不是载带元素。

AS₂S₃+3NaS₂＝2Na₃AsS₄+S               (1)

类似的原因，硫代砷酸盐在遇着Hcl酸时生成不稳定的硫代酸，后者分解为硫化物和硫化氢。

2Na₃ASS₄+6Hcl＝AS₂S₃+3H₂S+6Nacl+S₂    (2)

硫化氢吸收太阳能而分解为H₂(见前)，H₂在燃料电池中发电：

(1)(2)(3)式中的硫S与NaOH人造树废料Na₂CO₃作用制成“硫肝”(多硫化钠)返回使用，(2)式中AS₂S₃也返回使用，完成产能循环系统。

实例十 载带元素磷及其氢化物用于PH载带核电

与前面所有实例一样都是使用图一所定义的载带元素及其化合物作为载带剂，磷容易与沸热碱液作用制得磷化氢PH₃，它是有毒物质，所以在PH载带核电厂内可控的使用它，生产电力输出使用。

P₄(S)+3OH^-+3H₂O＝3H₂PO₂+PH₃     (1)

PH₃易于热解，热解能只有5.9千卡：

  氢用于发电(2)

NaH2PO₂加Hcl得次酸H₃PO₂(售价好)，也可把次磷酸脱水产出P₂O₅按图三可知P₂O₃在760℃可进行炭还原，为白磷P₄。

由(3)式的自由能方程ΔF＝94600-91.27T算出反应温度也是763℃，也可由图三CO交点查得，这时直接用核共热堆>750℃供热即可，所以不必使用原子太阳炉那样高的1250℃温度，加上(3)中的用炭量消费，与该式中所产CO回收为氢(见前)的收益可以对销，又由于实例一生产酸、碱非常便宜，所以再生磷P成本也低，于是由(1)(2)(3)循环系统产生的氢燃料电池电力极其廉价，环保效益也好。

实例十一，载带元素锰用作电动自行车动力

锰与热水作用得氢：Mn+2H₂O＝Mn(OH)₂+H₂      (1)

由(1)式，用5kg Mn得0.182公斤H₂，在氢燃料电池中发电0.182×30000×0.5/861＝3.17千瓦时

可推动350W自动车运行，3170/350＝9小时，电动车重量比铅蓄电池电动车轻两倍以上。用下法可获得廉价Mn：

目前国内广范使用铅蓄池电动车，一般认为可以为减少污染，其实不然，蓄电池充电，主要来自火电，火电烧煤、烧天然气都是靠深藏炭资源提供，电厂里排放大量CO₂，只是我们来直接见到罢了。有的国家主要靠原子能电这样才可被免CO₂大量产生。问题是目前不少这类原子能发电，靠汽轮发电，在实例一中我们已论及这类原子能发电，最多只利用了原子裂变能的20％，1公斤U235只能发电4181千瓦时，实例(一)改为CH载带核电，则1克U235可发电252,256千瓦时。同样道理如果要把铅蓄电池电动车改为锰动力车，也要用到载带剂锰和载带核电的概念，也就是说，载带剂必需是耗能不高的情况下就可再生，然而通常由MnO制锰的用电解法，耗电很多，故不能用，于是按(1)式就是要求用新的方法，把MnO制成Mn，为了实现这一目标，可采用过量磷把MnO还原为Mn：

4/5 P+2MnO＝2Mn+2/5 P₂O₅       (2)

该反应之所以能够发生，是因为P₂O₅的生成熟(73千卡/克当量)远大于MnO的生成熟(46.5千卡/克当量)，P与P₂O₅在高温下有较大挥发度，加压时使平衡向生成分子数少的方向称动，有利于(2)式平衡向生成Mn方向进行。由实例十，已知P可以在PH载带核电厂中低价获得。

自然以P还原回收的MnO制Mn的反应(2)中，所得Mn的成本也是很低的。由(1)(2)(3)循环系统获得的载带燃料电动车是有发展前途的。主要设备：核反应堆供热765℃→800℃，在炉中获得磷后，由(2)式制锰，锰在电动车上与热水作用制氢，氢在电动上用氢燃料电动池中发电推动电动力，电动车所用氢燃料电池的比能量500wh是铅蓄电池30wh/kg的16倍，也就是说一公斤重的氢燃料电池足以推动350w的电动车。但是氢燃料电池的比功率较低，只有60w/kg，比铅蓄电的比功率200w/kg小四倍，用一kg公斤的氢燃料电池推车，因此功率低，就限制了该车的加速和爬坡能力，因此最好要用四倍重的氢燃料电池。于是自动车的能源系统重量是5kg Mn燃料加上四kg氢燃料电池，总重9公斤。5kgMn燃料发电3100wh，可使350wh车行走8.9小时，即可行走8.9×20公里＝178公里，有足够的起动力和爬坡力。

实例十二 载带元素直接用作21种燃料电池，它们的主反应式及电动势计算如下，它们可以直接用在车上发出电能开车。

1、酸性燃料电池

(1)砷燃料电池：4AS+2H₂O+3O₂＝4HASO₂   ΔE＝0.982伏

(2)硅烷燃料电池：SiH₄+O₂＝Si+2H₂O     ΔE＝1.127伏

(3)磷化氢燃料电池：4PH₃+3O₂＝4P+6H₂O           ΔE＝1.169伏

(4)氢燃料电池：2H₂+O₂＝2H₂O                    ΔE＝1.227伏

(5)硫燃料电池：O₂+2H₂S＝2S+2H₂O                ΔE＝1.707伏

(6)磷燃料电池：O₂+4P+6H₂O＝4H₃PO₂              ΔE＝1.737伏

(7)砷化氢燃料电池：3O₂+4ASH₃＝4AS+6H₂O         ΔE＝1.837伏

(8)硅燃料电池：O₂+Si+2H₂O＝2H₂O+SiO₂            ΔE＝2.087伏

(9)硼燃料电池：4B+6H₂O+3O₂＝4H₃BO₃              ΔE＝2.09伏

(10)锰燃料电池：O₂+4H⁺+2Mn＝Mn⁺⁺+2H₂O           ΔE＝2.407伏

(11)锰燃料电池：4H⁺+O₂+2Mn+2CO₃ ^＝＝2MnCO₃+2H₂O  ΔE＝2.57伏

(12)硫锌燃料电池：O₂+2Zn+4H⁺+2S^＝＝2H₂O+2Zns    ΔE＝2.62伏

(13)钡合金燃料电池：O₂+4H⁺+2Ba＝2Ba⁺⁺+2H₂O      ΔE＝4.127伏

(14)硼氢化物燃料电池：LiBH₄，NaBH₄等可直接用作燃料电池(制法参考实例五)。

其中有：O₂+4H⁺+4Li＝4Li+2H₂O                   ΔE＝4.272伏

也有：3O₂+4B+6H₂O＝4H₃BO₃                      ΔE＝2.09伏作加合电路处理。

2、碱性燃料电池

(1)碱性氢燃料电池：O₂+2H₂＝2H₂O               ΔE＝1.228伏

(2)碱性砷化氢燃料电池：4ASH₃+3O₂＝4AS+6H₂O    ΔE＝1.77伏

(3)碱性磷化氢燃料电池：3O₂+4PH₃＝4P+6H₂O      ΔE＝1.29伏

(4)碱性锰燃料电池：O₂+2H₂O+2Mn＝2Mn(OH)₂      ΔE＝1.95伏

(5)碱性硅燃料电池：O₂+Si+2OH^-＝SiO₃ ^-+H₂O     ΔE＝2.101伏

(6)碱性硼燃料电池：4B+3O₂+2H₂O+4OH^-＝4H₂BO₃ ^-  ΔE＝2.19伏

(7)碱性磷燃料电池：2H₂O+O₂+4P+4OH^-＝4H₂PO₂ ^-   ΔE＝2.451伏

从以上由载带元素构成的燃料电池的电动势可知：(特别是在碱性溶液中)它们的电动势普遍高于氢燃料电池，可望利用它们克服一般燃料电池的比功率较小的问题。由于燃料电池发电不受卡谱循环限制，一般热功转化率可达84％(在室温附近工作，本文涉及的一切计算用的是50％)。这为高效利用清洁能源，原子能和太阳能提供了条件。

实例十三 26种IH载带核电、载带太阳电的核心反应式

各型载带核电、载带太阳电，包括CH型、SH型、BH型、SiH型、PH型、IH型、ASH型等，都各自有众多途径来实现。下面举例实现IH载带核电的26种方法，其核心反应如下：

1、I₂+Sb₂O₄+H₂O＝2I^-+Sb₂O₅+2H⁺

2、2I₂+S+3H₂O＝4I^-+H₂SO₃+4H⁺

3、2I₂+S₂O₃ ^2-+3H₂O＝4I^-+2HSO₃+2H⁺

4、I₂+2HCN＝2I^-+C₂N₂+2H⁺

5、I₂+2V³⁺+2H₂O＝2I^-+2VO⁺⁺+4H⁺

6、3I₂+2Bi+2H₂O＝6I^-+2BiO⁺+4H⁺

7、3I₂+2AS+4H₂O＝6I^-+2HASO₂+6H⁺

8、I₂+H₂SO₃+H₂O＝2L^-+SO₄ ^2-+4H⁺

9、3I₂+2Bi+3H₂O＝6I^-+2BiOcl+4H⁺

10、3I₂+2Sb+3H₂O＝6I^-+Sb₂O₃+6H⁺

11、I₂+H₂S＝S+2H⁺+2I^-

12、2I₂+SiH₄＝4I^4-Si+4H⁺

13、I₂+2Ti³⁺+2H₂O＝4H⁺+2TiO⁺⁺+2I^-

14、2I₂+2PH₃＝6I₊ ^-2P+6H⁺

15、I₂+HS₂O₄ ^-+2H₂O＝2I^-+2H₂SO₃+H⁺

16、I₂+S₂O6^2-+2H₂O＝2I^-+2SO₄ ^2-+4H⁺

17、SI₂+2V+4H₂O＝10I⁺-2VO₂ ⁺+8H⁺

18、I₂+H₃PO₃+H₂O＝2I^-+H₃PO₄+2H⁺

19、I₂+H₂Se＝2I^-+Se+2H⁺

20、I₂+H₃PO₂+H₂O＝2I^-+H₃PO₃+2H⁺

21、3I₂+2SbH₃＝6I^-+2Sb+6H⁺

22、3I₂+2ASH₃＝6I^-+2AS+6H⁺

23、2I+Si+2H₂O＝4I^-+4H+SiO₂

24、3I₂+2B+6H₂O＝6I^-+6H⁺+H₃BO₃

25、2I₂+Ti+H₂O＝4I^-+TiO2^-+2H⁺

五、附图说明。

图一 周期表中非金属氢化物的化学键能(上下斜线内键能<102千卡为载带元素)

图二 各种非金属氢化物的生成热

图三 氧化物的生成自由能与温度的关系

图四 原子核太阳真空炉

Claims (2)

1、在元素周期表右上角的非金属元素密集区，采用元素氢化物的化学键能低于H₂的键能103千卡条件下找到一组元素，硼、炭、硅、磷、硫、砷、碘等，它们的氢化物生成热比其他元素氢化物的生成热都低，用之容易制得高能燃料H₂，加上一系列其他热力学原因，故称它们为能量载带元素，简称载带元素。载带元素及其氢化物为载带燃料[包括硼及其氢化物(B、B₂H₆、NaBH₄、LiBH₄……等)碘及其氢化物(I、HI……等)磷及其氢化物(P.PH₃……等)，硫及其氢化物(S、H₂S，H₂S₂……等)、砷及其氢化物ASH₂、AS2H₂……等，硅及其氢化物(Si，SiH₄……等)]。能量的传递与载带方式：把核裂变热通过氦气(750℃)、太阳热聚能(1250℃)二者联合或不联合以中、低等温度直接作用在载带燃料的电化学燃烧发电后的排放物(含氧化合物)上，使之还原再生为新的载带燃料。载带燃料通过产生H₂在氢燃电池中发电或者在载带元素本身的燃料电池中发电。前者的例子就是CH载带电核电、SH载带核电、BH载带核电，PH载带核电，IH载带核电、SiH载带核电，ASH载带核电……等用于发电或开汽车。后者的例子有氢燃料电池、硫燃料电池、硼燃料电池、磷燃料电池、硅燃料电池、碘燃料电池、砷燃料电池……等车戴动力设备用于开汽车。

2、根据权利要1，核裂变热由气冷式U235石墨反应堆提供大量热量(温度750℃)作为保温，由聚焦太阳能提供高温到1250℃，二者联合使用构成原子太阳真空炉(图四)为制造再生载带燃料的有力工具之一。

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