书城科普驭海史话
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第24章 取之不尽的海洋能源

把海洋称为蓝色煤田是很确切的,海洋中储藏的能源,无论是种类还是储藏量,都是陆上能源无可深海海底生物比拟的。海洋能源除了前面介绍过的波力能、潮汐能,海流中蕴藏的动力能及海洋热能外,还有多种自然能源可供利用。并且,随着海洋工程技术的发展,可供利用的海洋自然能源将会更多。海洋自然能源的利用前景十分广阔。

海水中蕴藏有化学能,它存在于海水浓度差中。由于海水的浓度取决于海水的盐度,所以海水浓度差能又叫海水盐度差能。

海水的盐度是指1000克海水中所溶解的全部固体物质的总克数,用符号%表示,一般海水的盐度为30%~35%。在河流入海处的淡水和海水交汇地方,有显著的盐度差,海水盐度差能最丰富,是开发利用海水中化学能最理想的场所。

据估算,海洋中储藏的盐差能达到26亿千瓦,比海洋温差能还要大。

早在1939年,就有人提出利用盐差能来发电的设想。人们从化学实验中发现,把两种不同浓度的盐溶液倒在同一容器中时,浓溶液中的盐类离子就会向稀溶液中扩散。

由此设想,将两种盐度不同的海水的化学电位差能转换为电能,其原理是利用渗透膜两侧海水和淡水之间的水位差,来驱动水轮机发电。

美国的诺曼博士提出一种利用盐差能发电的方案。他设计了一个水压塔,这是一个上端开口、下端封闭的腔室。水压塔的一侧是淡水室,另一侧是海水室,中间隔着特制的半渗透薄膜。由于海水与淡水之间的盐分不同,因而形成较高的渗透压力,淡水不断渗入已经充满海水的水压塔中;当水压塔中的水一直升高至上端,从上口溢出,就会冲击水轮发电机发电。

盐度差能是可供开发的一种新型海洋自然能源,人们对它认识较晚,对它的特点、基础技术掌握不够,特别是并发浓度差能最关键的材料半渗透薄膜还未过关,故海水盐差发电还未到实用阶段。但是,盐度差能蕴藏的能量巨大,利用海水盐度差发电,产生的电力要比潮汐发电、海流发电、温差发电都要大,海水盐差发电作为一种海洋新能源,还只是初出茅庐,但它诱人的前景,使得许多国家科技人员致力于对海水盐差发电的研究和开发。

海水中蕴藏着丰富的盐度,也影响全球大气的环流。海洋是风雨的故乡,地球环境的“空调器”。海面上的海水受到阳光照射,海水温度升高,水分蒸发,含有水蒸气的湿润空气遇冷后凝结成水,成为雨降落地面;也可成为雪飘落大地。

海洋上和大气之间是一部天然的大型空调器,这台自然空调器长年累月、不间断地工作着,它的能源来自海洋和高空大气的寒冷空气之间的温度差。海洋表面上空大气温度高,高空大气层温度低,通常在0℃以下。热冷空气之间的温度差,为海洋“空调器”提供了取之不尽的能源。

科学家设想从海洋空调器中提取能源,并提出一种设计方案,建造一座“兆功率塔”。它的高度为5千米。直径50米。在塔内充满丁烷气。丁烷气受到海洋热量作用而蒸发,丁烷气以时速180千米的速度向塔尖冲去,到达塔尖时是一层-10℃~30℃的霜。丁烷气遇冷液化,通过一根中心竖管,泻人底层。

在塔的底层安装一个涡轮机,液化丁烷气冲击涡轮发电。这个“兆功率塔”发电功率可达到7000兆瓦。

利用“兆功率塔”从海洋空调器提取电力有许多技术问题要解决。首先,塔的结构要非常坚固,要能承载如此高大的海上建筑物;

同时要保持塔身的稳定。对此,科学家设想,“兆功率塔”三面用8千米长的粗钢丝对塔进行固定,在塔四周绑着4个漂浮式椭圆形氢气球,利用氢气球的浮力来减轻塔身对塔底的压力。

科学家设想这座“兆功率塔”建造在北海海面,离海岸约30千米的一个浮动船坞上。“兆功率塔”的设想能否变为现实还是一个未知数,但是,它向海洋大气这台自然空调器提取电能,并非天方夜谭。

海洋大气这台自然空调器是可以向人类提供新能源的。

石油污染——海洋的悲伤与愤怒

海洋不仅为人类提供了丰富的资源,而且是大量物资运输的最廉价的交通枢纽。众所周知,海洋是海水是地球的温度调节器一个巨大的石油储备库,然而,在人类开发利用海洋石油资源时,由于自然或人为因素造成的海洋石油污染对海洋环境造成了严重的破坏。

当船舶行驶在这天然航道上时,也不可避免地把一些物质或能量引入海洋环境,造成海洋污染。据估计,全世界每年因航运作业及船舶失事而泄入海洋的石油约为100~150万吨,其中油轮事故溢油就有50多万吨。虽然石油开采事故不像油轮航运溢油事故那样频繁,但事故一旦发生,其后果难以想象。石油对海洋生物资源、海岸环境和人类自身都造成了一定程度的损害。海洋石油污染范围广,时间长,修复难度大。因此,海洋石油污染应引起人类的高度重视。

除了海上航运中发生的溢油事故和海上石油开采造成突发性灾难外,战争也是造成海洋石油污染的一种重要途径,而且由战争引发的海洋石油污染事故更具有毁灭性。

在这些严重的石油污染事件中,尤为值得一提的是1991年海湾战争石油污染事件和2010年墨西哥湾石油污染事件。

1991年初爆发的海湾战争,是第二次世界大战结束后最现代化的一场激烈战争。海湾战争中,人类为了一点渺小的、可怜的眼前利益,给自己的家园带来了严重的灾难。

1991年1月17日的海湾战争破坏了大批油井,使大量的原油流入海中,形成的原油带长96千米,宽16千米,漂流的原油估计多达1100万桶,这是海上石油污染事件中最严重的一起,而且这次事故也是我们人类恶意破坏造成的海洋污染。

在海湾战争期间,约有700余口油墨西哥湾石油污染导致的生态灾难井起火,每小时喷出1900吨二氧化硫等污染物质,这些污染物质漂洋过海,还“光临”了数千千米外的喜马拉雅山南坡、克什米尔河谷一带,造成了全球性污染,并造成地中海、整个海湾地区以及伊朗部分地区降“石油雨”,严重影响和危害人体健康。

而此次战争中流入海洋的石油所造成的污染和破坏更是惊人。据估计,1990年8月2日至1991年2月28日海湾战争期间,先后泄入海湾的石油达150万吨。在炮弹的狂轰滥炸下,波斯湾沿岸众多的油井和油库遭到了空前破坏,科威特的许多油井燃烧起熊熊的火焰,散发着遮天蔽日的浓烟。1月22日科威特南部的瓦夫腊油田被炸,浓烟蔽日,原油顺海岸流入波斯湾。随后,伊拉克占领的科威特米纳艾哈麦迪开闸放油入海。科威特南部的输油管也到处破裂,原油滔滔入海,魔鬼的外套逐渐把海湾包裹起来,1月25日,科威特接近沙特的海面上形成长16千米,宽3千米的油带,每天以24千米的速度向南扩展,部分油膜起火燃烧黑烟遮没阳光,伊朗南部降下黏糊糊的“黑雨”。至2月2日,油膜展宽16千米,长90千米,逼近巴林,危及沙特。最后导致沙特阿拉伯的捕鱼作业完全停止。海湾战争造成的输油管溢油,使200多万只海鸥丧生,许多鱼类和其他动植物也在劫难逃,甚至造成一些珍贵的鱼种灭绝,美丽富饶的波斯湾变成了一片死海。

海湾战争的最大受害者是谁

海湾战争酿成的油污染事件,使波斯湾的海鸟身上沾满了石油,无法飞行,只能在海滩和岩石上待以毙命。其他海洋生物也未能逃过这场灾难,鲸、海豚、海龟、虾蟹以及各种鱼类都被毒死或窒息而死,成为这场战争的最大受害者。

海湾战争结束后,一些环保专家表示,要完全消除由海湾战争引发的5000万吨石油对海湾地区和全波斯湾风光球的影响,不仅代价高昂,而且所需的时间也较为漫长。这场战争对地球的环境污染和生态破坏,恐怕在人类历史上绝无仅有。

海湾战争中石油污染的阴云还未消散,我们人类的海洋又遭受了另一个触目惊心的灾难——墨西哥湾“深水地平线”钻井平台爆炸,这是我们人类因追逐利润而引发的。

墨西哥湾的原油泄漏事件已经酿成了美国历史上最严重的生态灾难,美国总统奥巴马甚至把这一事件和“9·11”相比。英国石油公司(BP)租赁的石油钻井平台“深水地平线”于2010年4月20日爆炸起火后沉入墨西哥湾,事件致使11名钻井平台工作人员死亡,每天达5000桶原油泄漏,到后来达2.5~3万桶,演变成美国历史上最严重的漏油事件。海面上迅速扩大的油污在事故当天就无情地飘向路易斯安那州海岸,危及那里最脆弱的沼泽和湿地,以及当地生产率最高的渔业。

截至2010年7月20日,油污已经形成2000平方英里5.18平方千米的污染区,并“亲临”了美国路易斯安那州的一些小岛。虽然堵漏工作取得很大成效,但油污的清理工作将耗时近10年。墨西哥湾在长达10年的时间里将成为一片废海,造成的经济损失将以数千亿美元计。

漏油事件给墨西哥湾地区渔业、旅游业等造成的损失也不可小视。

漏油事件不仅直接打击墨西哥湾沿岸年产值为18亿美元的渔业,其影响还将延伸到美国其他地区。美国政府尤为担忧的是,鉴于油污对墨西哥湾沿岸地区经济带来的巨大冲击,正在缓慢复苏中的美国经济有可能再遭重创甚至导致二次触底。

漏油事件对墨西哥湾地区陆地和海洋生态的影响也将很深远。

在这场灾难中,海洋生物更是饱受石油的煎熬。在受污染海域的656类物种中,已造成大约28万只海鸟,数千只海獭、斑海豹、白头海雕等动物死亡。将有10种动物面临生存威胁,3种珍稀动物面临灭顶之灾。

一场漏油事故,近乎中断了美国开发近海石油的国策;一场漏油事故,近乎使出事海域的各类生物墨西哥湾海面上的油膜遭遇灭顶之灾;一场漏油事故,近乎毁了美国南部海岸的整个渔业及渔民生计。在墨西哥湾,漏油就像一匹脱缰的野马,肆意狂奔,事件正从各个方面向一场噩梦发展。