黑人發(fā)明家羅尼?約翰遜設(shè)想創(chuàng)造一種無需移動部件的太陽能引擎,它可將熱能轉(zhuǎn)化為電能,而且效率是太陽能電池的兩倍,將使太陽能變得和煤炭一樣廉價(jià)。他的想法引起了美國空軍的興趣。
2003年3月,在弗吉尼亞阿靈頓海軍研究總署,獨(dú)立發(fā)明人羅尼?約翰遜面對著整屋子的軍隊(duì)科學(xué)家。約翰遜來這里的目的是為他的熱電能量轉(zhuǎn)換引擎(簡稱JTEC)尋找研究經(jīng)費(fèi)。當(dāng)時(shí),JTEC只是一堆數(shù)學(xué)公式,連原型機(jī)也沒有。但約翰遜宣稱,他的裝置能夠?qū)⑻柲茏兂呻娏?,而且效率是傳統(tǒng)光電池的兩倍。這立刻引起了海軍研究總署的興趣。
投放到墻壁上的幻燈片總結(jié)了約翰遜輝煌的經(jīng)歷:為亞特蘭蒂斯號航天飛機(jī)進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)評估;參加伽利略號探測器核動力系統(tǒng)研究;研究密集能量陶瓷電池;發(fā)明了一款讓他成為百萬富翁的玩具武器―――超級水槍。
接著,約翰遜開始介紹JTEC背后的原理。這個(gè)裝置能夠把氫原子分裂成質(zhì)子和電子,從而將熱能轉(zhuǎn)化成電力。更重要的是,它無需任何活動的部件。他還計(jì)劃告訴聽眾,JTEC的效率是傳統(tǒng)太陽能電池的2倍,可以讓太陽能變得和煤炭一樣廉價(jià)具有競爭力。但是他還沒來得及講到這部分。當(dāng)時(shí)任海軍研究總署機(jī)械與能源轉(zhuǎn)換部的負(fù)責(zé)人理查德?卡林站了起來,直接否決了約翰遜的設(shè)想??中Q,整個(gè)裝置建立在一個(gè)已經(jīng)被證明不實(shí)際的概念之上,并拿出他的導(dǎo)師、著名電化學(xué)家羅伯特?奧斯特?fù)P1981年與人合作撰寫的一份報(bào)告作為證據(jù)。他對約翰遜說,去讀讀奧斯特?fù)P的報(bào)告,你就會明白。
會議就此結(jié)束。
擔(dān)心自己錯(cuò)過了什么,約翰遜回到亞特蘭大家中,開始閱讀奧斯特?fù)P足有1英寸厚的報(bào)告,并得出結(jié)論,其中談?wù)摰姆椒ㄅc他的完全不同??磥恚衷诓⑽赐耆斫馑母拍钪熬臀鋽嗟赜枰苑駴Q。(當(dāng)記者就這個(gè)問題采訪卡林時(shí),他說他已經(jīng)不記得那次會議,但知道JETC的概念,現(xiàn)在認(rèn)為它“原則上是可行的”。)當(dāng)時(shí),和卡林抱著同樣態(tài)度的人還不少。每當(dāng)約翰遜說到他的JTEC,反應(yīng)幾乎都一樣:在沒有移動部件的情況下,沒有引擎能夠以如此高的效率將熱能轉(zhuǎn)化為電能。
約翰遜卻不這樣認(rèn)為。他認(rèn)為海軍研究總署―――和其他一些機(jī)構(gòu)―――未能接受他的想法是因?yàn)樗麄內(nèi)咳狈ο胂罅ΑK且粋€(gè)著名的玩具發(fā)明家,獨(dú)立工作,不屬于任何科研機(jī)構(gòu),這兩點(diǎn)顯然也無助于他的創(chuàng)意受到嚴(yán)肅對待。約翰遜陷入了困境:要證明他的概念可行,他需要一臺強(qiáng)大的原型機(jī),它必須能夠承受聚焦后的陽光的極高溫度。但是沒有經(jīng)費(fèi)他就無法造出原型機(jī)。他決定換一種“兜售”方式。他不再稱JTEC為引擎,而稱之為高溫氫燃料電池,一種用化學(xué)而非物理方法―――通過剝奪氫原子的電子―――生產(chǎn)電力的裝置。
新的描述并不完全準(zhǔn)確:雖然兩種裝置都采用相似部件,燃料電池需要源源不斷的氫;而JTEC只需要在密封艙內(nèi)裝載一定數(shù)量的氫,只需要熱能啟動。但是,如果換成燃料電池,不用移動部件就不再讓人覺得難以接受。(南方都市報(bào)www.nddaily.com SouthernMetropolisDailyMark 南都網(wǎng))
事實(shí)上,在對海軍研究總署演講兩個(gè)月前,約翰遜已經(jīng)在給空軍研究實(shí)驗(yàn)室的一份書面提議中嘗試了新的推銷法。5月,他得到來自空軍截然不同的答復(fù)?!熬湍菢虞p易獲得了經(jīng)費(fèi),”約翰遜打了個(gè)響指說,“因?yàn)樗麄兌萌剂想姵亘D――它采用的技術(shù)、相關(guān)文獻(xiàn)和背景。新的引擎概念卻無法得到別人的認(rèn)可。”空軍給了約翰遜10萬美元,用于電池隔膜研究。并于2003年8月派了一名項(xiàng)目經(jīng)理到約翰遜的亞特蘭大實(shí)驗(yàn)室。“我們對他談?wù)揓TEC,他回答說,”哇,這真讓人激動!‘“一年后,約翰遜證實(shí)他能夠制作出能承受400℃以上高溫的陶瓷隔膜,空軍又撥給他75萬美元經(jīng)費(fèi)。
JTEC的關(guān)鍵在于熱力學(xué)第二定律。簡單地說,該定律指出在自然狀態(tài)下,熱會由熱處轉(zhuǎn)到冷處。比如,一杯熱咖啡將熱傳遞到周圍空氣中。隨著杯中咖啡的溫度與空氣溫度慢慢一致,這個(gè)過程中發(fā)生了能量的轉(zhuǎn)移。
通過這個(gè)轉(zhuǎn)移過程可以獲得動能。最常見的方式是通過某種形式的熱引擎。比如蒸汽引擎用蒸汽推動渦輪,將熱能轉(zhuǎn)化為電能。蒸汽引擎―――主要用煤炭為動力,也可使用天然氣、核材料等其他燃料―――生產(chǎn)了美國90%的電能。雖然經(jīng)過多次改進(jìn),多數(shù)依然依靠移動部件,發(fā)出巨大噪音,噴吐大量廢氣,因此效率低,很容易因機(jī)械問題發(fā)生故障。
約翰遜的最新JTEC原型機(jī)像是一臺新型桌面酒精蒸餾器,包括兩個(gè)裝滿氫氣的艙室,由帶壓力計(jì)的鋼管連接。蒸汽引擎用燃燒煤炭產(chǎn)生的熱能生成蒸汽,推動移動部件,而JTEC用熱(比如太陽光發(fā)出的熱能)使一個(gè)艙室內(nèi)的氫原子膨脹。膨脹的原子―――每一個(gè)都由一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)電子組成―――分裂,釋放出的電子以電流形式通過外部電路,給電池充上電,或完成其他任務(wù)。與此同時(shí),帶正電的電子―――又稱作離子―――擠過一塊特別設(shè)計(jì)的質(zhì)子交換隔膜(這部分從燃料電池借鑒而來),與另一側(cè)的電子結(jié)合,重新組成氫原子,后者被壓縮后送回裝氫氣的艙室。只要有源源不斷的熱量能,這個(gè)