书城科普低碳城市:让我们的城市轻松呼吸
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第31章 低碳城市,让我们的城市发展可持续(5)

水怎么成了汽车的燃料?这同水的成分有关。水本身是由氢和氧化合而成的。尽管水中的氢、氧原子十分“团结”,但只要通过特殊的办法,就可以把它们分离成为能燃烧的氢和可助燃的氧。试验证明,氢在空气中燃烧,可获得1000℃以上的高温,而在氧气中燃烧,温度还要高两倍半。所以,只要将水分解,得到氢、氧两“兄弟”,便可获得“风助火势”的效果。

人们曾设想:要是在汽车上安装一个微型的分解装置,将燃料箱灌满水,随车制取氢气和氧气作燃料,就能驱动汽车了。

1985年9月,英国一位发明家,在水箱的水面下设置一个旋转的铝鼓,再用一条铝丝伸向铝鼓,只要在铝丝和鼓之间加上1.8万伏的高压,就可以放出氢和氧,通过发动机的气化器驱动汽车。他还用发动机驱动一个交流电机,作为产生分解水的电力。

然而,未等英国发明家试车,菲律宾工程师丁格尔却捷足先登了。他经过14年的努力,设计出一个“秘密装置”。设置在一块磁石上面,把水缸和气化器连接起来。这辆汽车只需几滴汽油启动,然后切断燃料供应,便能用海水、啤酒、可口可乐,甚至尿作“燃料”驱动。

用水代汽油开汽车,现在还只是一种实验,科学家正在探索实用的途径。1990年,日本发明家川中松义郎已研制成用水作燃料的汽车发动机,它比汽油发动机发出高三倍的动力。可以预见,水将成为汽车的新能源。

水上自行车和冰上自行车

水上自行车不像普通自行车那样有两只车轮,而是在一个塑料或木制的船体上安装车身,因此它上半部像自行车,下半部像只小船。

水上自行车的船体后部装有螺旋桨和车舵。骑行者踏动脚镫,通过齿轮传动机构带动螺旋桨转动,自行车就像船一样前进了。转动把手时,把手两边的钢索就能通过滑轮牵引车舵转动,便能改变航向。如果要刹车,只要倒踏,使螺旋桨反转,就能制动。这种自行车实际上是一种脚踏船,它既可作水上交通工具,也可用于体育比赛。

冰上自行车的速度可达每小时15千米,但不像普通自行车那样会打滑和摔倒。它的结构很简单,没有车轮,没有座鞍,也没有踏脚。它的前叉下面是一块前刀板,车头是同车把相连的两根管子,上面套着两个能转动的套管,套管又连着活动车架,车架后面是两块踏板和两块后刀板。骑车人的双手握住车把,两脚分别站在两块踏板上。所以,冰上自行车不是骑的,而是站的。

冰上自行车是靠像滑冰鞋上冰刀那样的刀板滑行的。它实际上是一部人力冰橇,滑行时就像滑冰一样,用后面一对刀板推着冰面,使冰上自行车向前滑行。冰上自行车还有刹车装置。骑车人只要重踏垂直轴,使轴踏入冰面,就能很快地制动车子的前进。

火车上的新技术

火车是交通运输的重要工具,由于生产的发展,对列车从几个方面提出了更高的要求。对于货运列车来说,要求一趟列车必须在保证安全的前提下,最大限度地增加运输量,因此已经制造出能载重90吨甚至120吨的车辆。有的国家则把车厢的高度增高,使列车在不增加总长度的情况下,装载更多的货物。当然,根据货物性质的不同,制造出各种适用的专用货车也是增加运输效率的一个重要方面。

对于客车来说,安全、舒适和快速当然是新型列车的首要保证条件。目前已经有好几种新型列车正在设计或使用之中。譬如摆动式客车,这种客车车体同车轴的连接并不像通常那样是固定式的,而是悬挂在一个支架上,支架的底座则同车轴固定。一旦车辆高速行驶或转弯时,就会减轻车厢的震动。另一种列车叫管道列车,即让列车在一个巨大的管道里行驶,车速就可以大大提高,每小时可以超过500千米。再一种是气垫列车。它没有轮子,开动时有强力的气体喷向轨道,使它悬浮起来,利用列车后的螺旋桨推进,这样就减小了阻力,大大提高了车速。同它相似的有磁垫列车,它是利用磁学原理,使列车车轮悬浮在轨道上行驶,以提高车速。

不需烧油的船

船靠发动机产生动力,才能够前进,它大多需要烧油。这不但消耗宝贵的石油燃料,而且还污染环境。全世界七八万只商船,一年耗燃油一亿几千万吨,排出一亿多吨二氧化碳、近千万吨氮氧化物,以及大量的硫氧化物等等。如此巨大的燃料消耗,如此严重的污染,怎么能不引起人们的重视呢?

正因为如此,所以人们在不断地研究和发展不烧油而可以正常运行的船。

核动力船是一种不烧油,而是“烧”铀的船。它是用铀作为燃料,在船的核反应堆中进行核裂变反应,放出大量热能,通过热量传递媒介物质,把热量传给蒸汽机,驱动船的螺旋桨,使船前进。

这种船是怎么发展起来的呢?

当美国制成原子弹,并在广岛投放之后,海军首脑就宣称:原子弹的主要作用是“转动世界的车轮和推动世界上的船舶。”

次年春,美国海军决定派人到橡树岭,参加建造小型动力核反应堆的“丹尼尔斯工程”,并选派海军上校海曼·里科弗为橡树岭工程小组的领导人。

当时,里科弗对核科学一无所知,但他过去的工作是出色的,而且还有一个特点,不阿谀奉承,敢于提出装备上存在的缺点,不怕使上司难堪。到橡树岭半年,他对核动力作为海军潜艇的动力,才有了了解并对核动力装置在舰船上的特殊优越性,产生了浓厚兴趣。

后来,他被任命为研制核潜艇的领导,指挥研制了第一艘核潜艇,名为“鹦鹉螺号”。它铺设龙骨时,还特意举行了仪式。过去,里科弗曾在白宫参加过有总统出席的会议,知道总统对核潜艇工程很感兴趣。这次开始铺设龙骨,里科弗想邀请总统参加。他按照政界礼仪,求参议员麦克马洪帮助。麦克马洪是国会的领袖,是原子能联合委员会主席,因癌病不能离开病房,就给杜鲁门打了个电话,杜鲁门高兴地答应了邀请。举行仪式这一天,船厂挤满了观众。虽然这是一项军事工程,但杜鲁门在讲话中,把这艘艇看成是向着和平利用原子能迈出的第一步。“鹦鹉螺号”于20世纪50年代制造出来了。有人称里科弗为“核潜艇之父”,也有的称他为“核海军之父”。

从这以后,核潜艇就大力发展了起来。因为以核为动力,马力大,隐蔽性好,水下作战能力强,所以军用潜艇和航空母舰多用核作动力。

因为成本原因,商用航船还很少使用核动力。但是,俄罗斯凭借核潜艇技术的优势,在“军事转向民用”的热潮中,大力研究民用核动力运输潜艇。目的是用核动力潜艇横渡北冰洋,穿越北极,通过最短的航线向美洲运送货物。另外,运输潜艇在水底下航行,不受风、冰、雾、浪的影响,可以全天候航行。

太阳能船也是不烧油的船。它是在晴天的日子里,利用硅太阳能电池,将接收到的太阳光的能量直接转换成电能,再由电能驱动电动机,带动螺旋桨,推动船前进。

太阳能船多是游览船。太阳能游览船早已得到了实际应用。我国第一艘太阳能游览船,是由宁波市研究出来的。此船顶上铺设了3000多块2厘米见方的硅太阳能电池,船内安有蓄电池,以便晴天时存储电能,供阴雨天使用。

国外也十分注意太阳能船的应用,澳大利亚的普林斯·艾尔弗雷德学院40名二年级学生,用几个月时间制成了太阳能船。船是采用丁二烯蜂窝状材料制造的,船体轻,浮力大,航速达10千米/小时,可连续航行数小时。

太阳能船的成本高,所以还没有得到普及。但是,将来太阳能电池制造技术发展之后,太阳能是大有前途的。

未来的路面

道路建设随着交通事业的发展,而出现了许多技术上的进步。许多新型的路面,在材料、结构、功能和形式等方面,都较传统路面有很大的区别,也为未来交通的发展作好了准备。

国外生产了一种可以移来移去的路面,它是由轻质铝合金制成的。当人们发现某段路面被损坏了,可以用车辆及时将这种新路面运到现场,作为临时补救之用。路面专家还用聚丙烯等材料来修复路面,将它铺在受损的路段上后,使其底面熔化,与原有路面紧贴合一,显得十分牢固。这种路面极耐腐蚀,使用寿命很长。

一般情况下,人们总是觉得平整光滑的路面比较“高级”。其实,对于行驶的车辆来说,带有花纹而略显粗糙的路面才更好。这是因为,车辆以高速度行驶时,路面防滑尤其重要。于是,在修建道路时人们用特殊的筑路机械,在路面上留下了各种图案的花纹,它就如同防滑地砖一样,汽车即使在雨天行驶也不易打滑,好像装上了一条“道路安全保险带”。此外,用橡胶微粒和水泥混合,加入专用化学胶水后铺设路面,也能起到防滑的效果。而且,这种路面耐磨度特高,其强度比沥青路面高得多。

更有趣的是,美国有一位工程师从汽车对路面的重压受到启发,在路面下安装了一种踏板式的转动轴。车辆开过踏板时的重压,能使转动轴转动,带动相连的发电机发电,这些电能被用来作为道路照明用电,并且绰绰有余!

除此之外,人们还根据不同的需要,设计出了彩色路面、发光路面、电子控制路面、防水路面等多种新型路面。相信过不了多久,我们的交通将是另外的一种样子。

纳米科技时代的到来

现在人类已经进入了一个崭新的科技时代——纳米科技时代。

纳米科技是在纳米尺度上,研究应用原子、分子现象及其结构信息的高新技术。它的最终目标是直接用原子、分子在纳米尺度上制造具有特定功能的产品。

纳米不仅意味着一定的空间尺度,而且提供了一种全新的认识方式和实践方式。

与以往的科学技术不同,纳米科技几乎涉及现代所有的科技领域,并引发了纳米电子学、纳米生物学、纳米化学以及纳米材料学、纳米机械工程学、纳米天文地质学等密切相关又自成体系的新科技领域。

1990年3月,在美国道尔基摩召开的世界首次纳米科学技术会议,正式宣布了纳米科技的诞生。

在短短的几年时间内,各国科学家在这个科技领域已取得了日新月异的成就。其中,纳米化学的研究与发展尤其令人注目。

纳米化学及其他纳米科技的发展,离不开扫描隧道显微镜。这一本领非凡的仪器于20世纪80年代初研制成功。1986年,其发明者G.Bimig和H.Rohrer博士因此荣获诺贝尔物理学奖。

纳米科技的关键技术是借助STM直接操纵、移动原子和分子,目前这一技术已取得了重大突破。随着纳米科技的发展,人们已经能够直接利用原子、分子制备出包含几十个到几百万个原子的“纳米微粒”,并把它们排列成为三维的纳米固体。纳米固体有一般晶体材料和非晶体材料都不具备的优良特性,被誉为“21世纪最有前途的新型材料”。

纳米技术还能提供一种逐个原子组合成新物质的能力,这使人类有可能制造出新的智力生命或其他物种,也有可能使人类自身变成一种“超人”。

纳米科技的诞生使人类改造自然的能力直接延伸到分子和原子。科学家们认为,纳米科技将开发物质潜在的信息和结构潜力,使单位体积物质储存和处理信息的能力提高百万倍以上。这一作用不亚于20世纪三四十年代对核潜能的开发。可以毫不夸张地说,纳米科技必将雄踞于21世纪,对人类社会产生重大而深远的影响。