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危险的气体,廉价的能源

   2019-05-08 大科技杂志社5960
核心提示:在非洲基伍湖湖畔生活是异常危险的。尽管这里没有食人鳄,也没有洪水,但隐藏着一种罕见的天灾,科学家称之为“湖泊翻转”。如今,科学家正想办法化解这种天灾,甚至利用它为人类造福。
危险的气体,廉价的能源——非洲湖泊升起的滚滚浓云将会成为造福人类的新能源
 
在非洲基伍湖湖畔生活是异常危险的。尽管这里没有食人鳄,也没有洪水,但隐藏着一种罕见的天灾,科学家称之为“湖泊翻转”。如今,科学家正想办法化解这种天灾,甚至利用它为人类造福。
 

 
烈性的“苏打饮料”
 
基伍湖,坐落在卢旺达和刚果民主共和国之间,它占地2700平方千米,平均水深两百多米,是非洲最大和最深的湖泊之一。基伍湖湖面广阔,鱼鸟众多,植被丰富,优美的景色吸引了渔民和游客,成为人口密集之地。
 
不过,基伍湖的地理位置有些特殊,它躺在东非大裂谷中,是非洲大陆正在分裂的地方,而且,基伍湖附近有许多活跃的活火山,让这里成为地质活动的热区。
 
特殊的地理位置赋予了基伍湖特殊的水质。科学家注意到,基伍湖的湖水是分层的——从上到下,湖水的温度、密度、矿物质的含量以及流动速度分成了稳定的层次,越往下,湖水温度越低,密度和矿物质含量越高,湖水也越来越静止。令科学家担忧的是,在基伍湖看似平静的湖底,还潜伏着巨大的安全隐患。岩浆和地下水产生的二氧化碳、硫化氢、甲烷等气体,通过复杂的地下流动系统,不停地注入基伍湖湖底。在低温高压的水层,气体被溶解地很充分,也进一步增加了水的密度,使这些气体积累在湖底。
 
这种情况很像一瓶苏打饮料——高压的气体水溶液被封在湖水中,同时密度更小、位置更高的水层起到瓶盖的作用。随着时间的流逝,如今基伍湖的湖底已经积累了240立方千米的二氧化碳和60立方千米的甲烷。这些处于高压溶解状态的气体要么能够使人窒息,要么是易燃的炸药,它们和湖水组成了一大瓶烈性的“苏打饮料”。
 

 
危险的“湖泊翻转”
 
风平浪静的时候,基伍湖的气体会乖乖地呆在湖底。然而,自然界有很多方法可以摇晃“饮料瓶”,使基伍湖上演一场雪崩式的气体喷发。
 
摇“饮料瓶”的方法可以是地震,也可以是火山爆发。前者能够让基伍湖的水层重新分布,只要溶解了大量气体的高压底层水来到了湖泊的上层,二氧化碳和甲烷就会冒着气泡涌出来;后者生产高温的岩浆,如果岩浆能够下沉到足够深的地方,就能加热湖底(进而降低气体的溶解度),使二氧化碳和甲烷析出。无论哪种方式,如沸腾般冒着泡的气体都能够搅动湖水,带来连锁反应,短时间喷出巨量的致命毒气云——这就是所谓的“湖泊翻转”。事实上,非洲喀麦隆的湖泊最近已经发生过两次“湖泊倒转”,一次发生在1984年喀麦隆的莫瑙恩湖,还有一次发生在1986年喀麦隆的尼奥斯湖,这两场灾难中,湖泊喷发的气体都是浓密的二氧化碳云,造成大量平民窒息死亡。
 
相比于莫瑙恩湖和尼奥斯湖,基伍湖的面积更大,积累的高压气体含量更多,更具毒性。基伍湖一旦发生“湖泊倒转”,后果将是难以想象的。通过对基伍湖湖底的沉积物进行研究,科学家就曾发现,在数千年前,基伍湖中所有的动物遭遇过一次大灭绝,大量的陆地植物也被卷入了湖中。原因在于,当时基伍湖中积累了很久的甲烷喷发出来并被点燃,使整个湖水产生了大爆炸。科学家预测,这样的灾难几乎每隔千年就会重复上演一次。
 
2002年,科学家的预测差点就变成了现实。1月17日,尼拉贡戈火山(距离基伍湖17千米)发生剧烈喷发,火山岩浆毁掉了整个戈马市(刚果民主共和国的一个省会城市),然后冲破重重阻碍,朝着基伍湖涌了过去。如果火山岩浆流到基伍湖湖底,就能将湖中蓄积的大量甲烷释放出来并点燃,从而引起惊天大爆炸。万幸的是,熔岩到达湖畔时已经是强弩之末,只是被湖面冷却下来,激起了数十米高的气浪,轰响声传到了数千米之外。
 

 
将气体抽出来
 
虽然基伍湖逃过一劫,但科学家明白,危险并未解除。如果任凭甲烷和二氧化碳积累下去,下一次“湖泊翻转”仍不可避免。要想拯救湖畔的生命,唯一的办法就是将气体抽出来。喀麦隆人就是这么做的,他们在尼奥斯湖和莫瑙恩湖安装了抽气泵,将湖底的二氧化碳抽出来,然后将其释放到大气中去。
 
基伍湖地区的居民决定效仿并改进这种办法。由于基伍湖的面积是尼奥斯湖的两千倍,仅仅利用抽气泵来放气,效果只能是杯水车薪,而且,基伍湖中的气体主要是甲烷,这是一种不错的能源,可以用来发电。卢旺达官方估计,基伍湖中的甲烷足够给卢旺达全国带来40年的稳定电力,所以,卢旺达和刚果民主共和国积极向国外实力雄厚的能源公司寻求合作,希望在2020年建设出大规模的甲烷发电站。
 
从技术的角度看,抽取甲烷的过程是比较简单的。工程人员需要将管道伸向湖底,将富含气体的湖水抽上来。当湖水上升时,压力减小,就会自动释放甲烷、二氧化碳和硫化氢。气体和水分离后,被送入涤气器,甲烷和二氧化碳也会分开。紧接着,甲烷通过管道运送至岸边,驱动巨大的涡轮发电机发电,水被从新注入湖中,二氧化碳则“放生”到大气中。
 
相比于技术,资金才是更需要解决的问题,因为只有大规模、高速度的抽取才能缓解基伍湖气体的压力,浩大的工程需要配备巨型驳船、大口径管道和高效的抽水泵。科学家和工程人员要和时间赛跑,才能阻止灾难发生,将基伍湖变为安全的能源宝库。
 
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