如果實現了可控核聚變,專門建電站將海水淡化並抽到塔克拉瑪干沙漠改變氣候有可行性嗎?

峰w行天下


核聚變反應可以放出巨大的能量,而且原料也很豐富,缺點是核聚變反應必須在超高壓超高溫的狀態下才能發生。氫彈就是利用這個原理製成的。這種超高壓超高溫狀態很難控制,因此核聚變反應的能量用於生產和生活就十分困難。研製可控核聚變反應裝置是科學家一直在追求的目標。如果可控核聚變反應裝置獲得成功,可以方便的製造實施,那麼人類能源領域將會發生一次革命,廉價的能源可以使原來不容易實現的一些工程得以實現。

淡化海水澆灌塔克拉瑪干大沙漠,從技術上來說現在已經完全可以實現,只不過,收益和付出相比太不值得了。如果能源很廉價,這種工程可以仔細論證探討其可行性。


黃驃馬主人


如果實現了可控核聚變,專門建電站將海水淡化並抽到塔克拉瑪干沙漠改變氣候有可行性嗎?

可控核聚變應該是唯一一個全球參與的超級工程了,但從上世紀三十年代發現核聚變以來,到現在過去了將近90年,至今距離商業化還有一步之遙,仍然有大量的難題需要解決,但無疑可控核聚變的未來誘惑實在是太大,幾乎無限的能源為人類展示了一個無比光明的未來,當然無限能源讓改造沙漠也有了可能,如題,有可能嗎?

可控核聚變真的無限能源,成本超低嗎?

要討論這個問題,我們必須來簡單瞭解下什麼叫核聚變:簡單的說就是創造條件輕核結合成重核,這個過程將產生質量虧損,而損失的質量則以E=mc²方式釋放出來,由於光速的平方几近天文數字,因此核聚變的能量高到我們難以想象,比如只需285克氫元素聚變,即可產生2萬噸TNT爆炸的能量(廣島原子彈的威力)。

當然如此大能量的釋放絕不容易實現,比如氫的三種同位素氕氘氚,其中氕最難實現聚變,只有超高溫超高壓條件下才有可能實現一定概率的聚變,而氘和氚要求則相對較低,因此以人類的這點微末道行只能避開超級難的氕,轉而尋求氘和氚聚變,但即使如此,氘和氚的難度仍然極高,到現在已經努力數十年了,距離成功仍然是一步之遙。

而另一個壞消息是氘在海水中的含量為0.02%,比例很低,但海水取之不竭,因此氘不用擔心,但氚就只能呵呵了,因為它是一種半衰期為12.43年的物質,所以自然界中幾乎就不存在,只能生產,各位可以打聽下它的單價,估計數千萬美元/千克。

不過還有個好消息可以告訴大家,熱中子轟擊鋰可以生產氚,而裂變堆和未來的氘氚聚變堆中都會有多餘的中子,因此仍然可以邊生產邊發電,良性循環啊,能源解決,成本降低了嗎?

答案是沒有!

到2016年10月為止,全世界為之傾倒的ITER已經投入了超過160億歐元,如果加上各國自行開展的可控核聚變研究的資金,那麼總共超過上千億美元估計還算少的。假如未來實現了可控核聚變,請問這些資金怎麼分攤到成本中?以50年為基數分攤?這50年中上千億美元的利息累計就是一件難以想象的事情。

所以等未來實現了可控核聚變,我們相信太陽能水電以及壽命期內且環保達標的火電,風電等等,都會構成可控核聚變電能強有力的對手,特別是水電,簡直就不需要成本,完全只有建設和維護而已,可控核聚變沒有優勢。

因此可控核聚變的電能不可能用來淡化海水這種可以用太陽能蒸發完成的工作,畢竟海水淡化不像電能實時性要求太高,可以有太陽的時候工作,沒太陽的時候採用電能。

治理沙漠的正確姿勢

很多朋友認為沙漠植樹就可以了,但其實不是這樣,比如我們治理幾近成功的毛烏素沙漠,地下水層比較淺,植樹後存活率比較高,因此恢復綠植的可能性很大,當然這不能忽略了植樹造林過程中付出的大量努力,畢竟毛烏素當年已經徹底沙化了。

比如塔克拉瑪干沙漠是西風帶引起的,只不過因為青藏高原的遮擋,導致西風帶北移和高聳的喜馬拉雅山與青藏高原阻擋了水汽北上而造就了塔克拉瑪干沙漠,它地下水很深,蒸發量極大,僅有的雪山融水在無法保證沙漠地區的植被灌溉,而且塔克拉瑪干沙漠移動砂層厚達上百米,這使得塔克拉瑪干沙漠的改造極為困難。

從這個天然劣勢上,似乎根本無法改造塔克拉瑪干沙漠,因為它的海拔數百米到上千米不等,如果從黃海逐級抽水上塔克拉瑪干沙漠幾乎是一件不可能完成的任務,但請勿急躁,在塔克拉瑪干沙漠的東北部有一個吐魯番盤地,此處海拔比較低,最低的艾丁湖甚至低於海平面154.31米。

倒是有一種可能,將黃海引入艾丁湖,形成自流,不過將近數千公里的路程,就150米落差,幾乎和平地差不多,必須要少許泵站提升,當然這比提升上千米成本要低很多,最終在吐魯番盆地形成一個區域性的湖泊,進水量=蒸發量,形成平衡。

這將形成一個區域性蒸發量的優勢,水汽會在附近區域產生循環降雨,當然這是海水,大量蒸發後鹽分富集會形成鹽湖,開發鹽湖也是一種資源利用。水汽降雨的徑流引向塔克拉瑪干沙漠,從東北角開始,逐漸向西南擴展,形成規模效應。

所以,治理塔克拉瑪干沙漠與核聚變無關,也許未來根本就不打算治理塔克拉瑪干沙漠,這種流動性沙漠治理難度太大,不如將更容易治理的北疆和吐魯番盆地處著手,真正治理其實也不需要淡水,自然蒸發改善局部氣候,也許會讓塔克拉瑪干沙漠改觀。


星辰大海路上的種花家



—— 地球人類如果一旦實現了大規模可控核聚變,那麼現在所稱的 “ 高能耗 ” 都將會在我們的眼中和感受中變得微不足道,現在所有被我們稱其為高能耗的項目都可以任意展開。

—— 所以,真正走到了那一天的時候,海水的淨化、大功率的揚水站就不會再是一個問題所在,滋潤塔克拉瑪干也就是一個可以輕易做到的事情了。


環球探索者


可控核聚變太可怕。人類以現在的技術已經使得地球不堪重負,如果實現可控核聚變,能源問題是解決了,但不知道環境會發生怎麼樣的變化。

可控核聚變實現之日,也就是人類滅亡之時。


大梁570393983


不可行。可控核聚變只能解決能源問題,同時緩解人類對環境的影響,卻難以用於改造地球沙漠,代價太大了,並且可能對地球現有環境造成較大影響。

我國由於歷史上的原因,,加上三北那些地區處於亞歐大陸內部,海洋的水汽難以到達,長期乾旱,曾三北的沙漠有擴張的趨勢,一些良田變為沙漠,同時也使得黃河攜帶的泥沙太多,嚴重影響生態,因此我國興建了三北防護林,現在陝北的毛烏素沙地已經有所縮小,陝北黃土高原的土堆也被青草覆蓋著,當地人的生活也發生了改變,同時在一些地方春季的揚塵天氣也在逐漸減少。人類的力量是很強的,如果決心改造一片沙漠是會有一定成效的,但是相應的投入也會很大,再者地球上的水資源本身分佈就是不均勻的,沒必要強行改變。

地球陸地雖然佔地球表面積的21%左右,其中還有相當一部分是高山、荒漠等不適合人類居住的場所,適合人類居住並發展農業的陸地只佔所有陸地面積的百分之十幾,所以人類面臨的陸地資源還是有點緊張的。另外,沙漠地區不適合人類生存,但是也生活著很多物種,沙漠由於全部是沙子首日光照射後對地面空氣的增溫效應很明顯,尤其是那些面積廣闊的沙漠,上空會形成氣壓較低的氣團,而海洋上空雲團氣壓較高,大氣流動從高壓流向低壓,在行進過程中攜帶的水不斷形成降雨落到地面上。

可控核聚變實現後人類的確相當於擁有了無限的能源,但是單純地澆水改造整個地球所有的沙漠環境並不見得是個明智的選擇,沙漠的地質構造本身就使得沙漠難以保持水,不是簡單地澆水就能解決的。


來看世界呀


眼界可以更開放一點!

可控核聚變,如果實現了,人類文明就已經可以說正式踏上了通向I級星際文明的康莊大道!也就是科學家所想象的,逐漸掌控整個太陽系的資源!所以,這時候還糾結什麼沙漠呢?!

無限的能源,意味著無限的發展可能性!凡是因為能源消耗而難以實現的項目,研究,都不再是問題了!人,從人力,到畜力,到自然力,到化學能,已經幾百年沒有前進了。這已經制約了社會的發展,同時引發了各種各樣的矛盾。試想一下,能源無限了,還需要在中東那裡費時費力嗎?!還需要各種化學燃料嗎?!還擔心電力嗎?!…………不用了!!!

想想機械進展到大規模集成電路的社會發展吧,這個能源問題的根本解決,將帶來百倍千倍的變化!因為,這是發展的原動力啊!!!!我真心的期望可以在有生之年看見這樣的進步!


心遠斯直


如果實現了可控核聚變,任何耗能的項目的可行度都將大大提高。將海水淡化抽到塔克拉瑪干沙漠就是個十分耗能的工程,因此有巨大的能源供給必然會給這樣的工程提供實現的基礎。

什麼是核聚變?

核聚變是跟太陽燃燒發光發熱同類原理的核能。與核裂變讓原子核分裂釋放能量相反,核聚變將原子融合在一起釋放能量。但維持核聚變需要大量的熱和壓力,這也需要能量,這是核聚變比較困難的原因。

核聚變可行嗎?實際在地球上的熱核聚變實驗反應堆已經點了幾次火了,但到目前為止還沒有獲得能源的淨輸出(因為投入的比輸出的多)。

核聚變的三種最著名的實現方式:

  • 束靶融合

  • 束束融合

  • 熱核聚變

上圖:核聚變(左)與核裂變(右),都能釋放能量,也都會釋放中子。中子是核汙染的主要因素,因為中子會被非放射性元素吸收變成放射性同位素。

核聚變電廠如何運作?

通常是採用所謂的託卡馬克裝置,這是一種環形(看起來像甜甜圈)的核聚變反應器類型。環形裝置內的磁鐵可約束溫度和壓力極高的等離子體,以達到與太陽類似的條件(實際上溫度會比太陽還高,因為太陽上的壓力更大,需要的溫度就降低了)。


在環形反應室內,將氫同位素(氘和氚)加熱到1億度,以觸發聚變,如果這個過程能夠自維持持續進行,無需再添加任何能量,那麼反應器才能被確認成功。

反應器試驗成功之後才會進行進一步的商業化開發,建造真正的核反應電廠。

核聚變電廠的能量產出效率極高,但是有後顧之憂

只需要少量的燃料就可以產生巨量的能量,這是核反應的特色,因為它的燃料是物質的質量,是完全損失掉物質的質量以愛因斯坦質能方程(E=mc^2)的關係輸出能量,因為質能方程中的係數c^2是個非常大的數(9*10^12),因此一點點質量就可以轉換為大量的能量。


但是核電廠的原料成本和維護成本也比較高,諸如要實現氘氚核聚變需要的氘和氚就比較難提取。氘相對丰度較高,每6420個氫同位素原子中就能找到一個氘原子,而氚相對較少。

幸運的是,氚可以通過鋰的核反應來生成。鋰在自然界相對豐富,可以從溶解在海水中的鹽中提取,這個成本是負擔得起的。國際熱核實驗堆(ITER)估計,鋰礦可以提供足夠的鋰來為聚變電廠提供1000多年的電力,而海水中的鋰可以滿足大約六百萬年的整個世界能源需求。

氚也是一般核電廠裂變堆的副產物,也可以在聚變反應過程中用“鋰覆蓋層”產生。從聚變中使用的等離子體中逸出的自由中子與反應堆堆芯“覆蓋層”壁中所含的液態鋰相互作用,可以生成氚,然後可將其用於反應本身。這個過程被稱為“氚繁殖”。

上圖:氚繁殖示意圖。也就是說聚變反應堆的氚原料大體上是自給自足的。另外,液態鋰覆蓋層將為核聚變提供冷卻,併為從反應中提取有用的能量提供了一種途徑。鋰覆蓋層將是一箭雙鵰,既可提供維持反應的燃料來源,又可提供冷卻劑來源。

福島核電站現在想向太平洋傾倒的就是富含氚的放射性汙水(氚有輕微的β衰變,就是發射出電子,而氘沒有放射性)。世界上所有核裂變反應堆都可以生產生氚。所以說不定可以讓核聚變發電廠跟核裂變發電廠協作一下,由核裂變發電廠為核聚變發電廠提供“點火”的電能,同時也提供氚燃料,這不是一舉兩得嗎?

除了燃料問題,核聚變釋放的中子會逐漸損耗核聚變容器,使得容器壁上的物質變得具有放射性,核聚變設施需要不斷更換,處理這些更換下來的廢件需要嚴密的放射性防護措施,這也會極大的增加核聚變的成本。目前科學家們還沒有走到這一步,估計下一步這些現實的商業化問題會給人類開啟核聚變能帶來強大的經濟學阻礙(技術不是問題,但成本是問題)。

可控核聚變面臨的真正問題

阻礙核聚變成為有效的能源的因素主要在於反應堆之外——包括過高的成本,安全問題以及維持聚變反應所需的嚴酷條件。

核電面臨的首要問題就是是相關的財務成本。

根據西方估算:2016年,建造和運營核電站的資本成本為每千瓦5945美元,而最先進的燃煤電廠的成本從226美元到5084美元不等。天然氣發電廠的成本為678美元到1342美元不等。考慮到資金成本和能源生產成本,目前的核電廠是第二昂貴的電廠。核聚變電廠的總資本投資估計為85.25億美元。 目前聚變發電的平均電成本(電廠整個生命週期的成本之和除以所產生的電能的總和)估計為每毫瓦時117美元,這顯然太太太貴了!

上圖:各種電廠的平準化發電成本。從左到右:核裂變、煤炭、天然氣、在岸風能、核聚變、太陽能、離岸風能。淺藍色是最低值、深藍色為最高值、黃色曲線是平均值。

至於海水淡化用來灌溉塔克拉瑪干沙漠

只要有能量,這一點都不是問題,包括建立灌溉渠道的能量也都能包含在裡面。甚至你想灌溉撒哈拉沙漠都不是問題啊。

但實際上建設一個把印度洋的水汽引入新疆腹地的設施可能會更順其自然,畢竟灌水只是治標不是治本,塔克拉瑪干沙漠乾燥的原因是蒸發量大於降水量,不是灌水就能解決氣候問題的。要讓水汽和雲能夠飄過去,提供充足的自然降雨才行。

上圖:地形造成的乾旱才是沙漠的主要成因。

總結

可控核聚變可能是人類下一次能源革命的根本動力,因為核聚變釋放的能量非常穩定。但是商業化還存在著一些問題,諸如燃料問題,這個似乎從技術上還比較好解決,但是發電成本在人類目前的生產力階段似乎還很高,似乎還不具備相關的經濟條件。

而就灌溉塔克拉瑪干沙漠以改善氣候來說,直接灌水的效果似乎並不那麼“自然”,這個方案對於改變當地生態是有用的,但確是一件不那麼經濟的做法。老子講:“道法自然”,無論掌握了多大的能量和能力,我們還是要遵從這個最基本的哲學(實際上也是經濟學)——違反自然的必然是最昂貴的!


小宇堂


不用調海水,塔克拉瑪干缺水的表面沙層,底部是有含水層的,而且水量很豐富,不是抽不上來,是抽上來保持不住,現在的沙漠治理是先用固沙網和耐旱植物固沙保水,表面能做到最低限度的保持水分了才有可能真的實現治理。


舍衛城主


授人以魚不如授人以漁的道理聽說過嗎?沙漠氣候主要是地貌和植被決定,缺一不可。很多沙漠是有降雨的,只是存不住而沙漠化。抽再多的水也裝不滿漏底的瓶子。改變地貌能減少烈日和風沙吹走大量水氣才是關鍵。


呀搏啦汗窮絲


“生物,能源,材料,只要這三個領域中任意兩個取得突破性進展,那麼人類就能擁有實現按需分配的物質基礎”


核能作為上個世紀初被發現,上個世紀40年代被開發,上個世紀50年代被小規模和平利用的新型能源,一直以來都被認為是形形色色發電方式的最好替代者,不過這個“最好替代者”指的是可控核聚變,目前如雨後春筍般出現的可控核裂變發電站在汙染和安全已經功率方面遠不能和可控核聚變相比。

然而人類對可控核聚變已經研究了半個多世紀了,直到今天也沒能把它變為現實用來發電,因此科學界都出現了一句“距離可控核聚變永遠只有50年”


不過雖然可控核聚變還沒有實現,但相關的技術卻是一直在進步,所以核電從業者們都相信可控核聚變總有一天會成功,我國未來幾十年的重點科研項目中也少不了“可控核聚變反應堆研製工作”的身影。

理論上來說可控核聚變一旦實現後,世界將再也不會出現“能源危機”這樣的字眼,因為可控核聚變需要的氫元素從海水中就能提取,4%的質能轉化率以及清潔無輻射的特性必將使得電力得到前所未有的“充盈”,而與電相關的所有機器也可以“肆無忌憚”的開動。


不過電能的豐富並不意味著我們可以隨便改造自然環境,因為塔克拉瑪干沙漠的大氣候並不是充足的電能以及水資源就能解決的,與其卯足了勁投入大量資源去改造一個鳥不生蛋的地方,還不如轉過頭來治理一些小沙漠,或者用核聚變的電把海水淡化後輸送到缺水的地區來得實在。

人類文明改造自然的力量雖然很強,但地球天生就有沙漠,人類花大心思治理這些沙漠完全沒有任何實際意義


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