黑人發明家羅尼?約翰遜設想創造一種無需移動部件的太陽能引擎,它可將熱能轉化為電能,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。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,獨立發明人羅尼?約翰遜面對著整屋子的軍隊科學家。約翰遜來這里的目的是為他的熱電能量轉換引擎(簡稱JTEC)尋找研究經費。當時,JTEC只是一堆數學公式,連原型機也沒有。但約翰遜宣稱,他的裝置能夠將太陽能變成電力,而且效率是傳統光電池的兩倍。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了約翰遜輝煌的經歷:為亞特蘭蒂斯號航天飛機進行的風險評估;參加伽利略號探測器核動力系統研究;研究密集能量陶瓷電池;發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。這個裝置能夠把氫原子分裂成質子和電子,從而將熱能轉化成電力。更重要的是,它無需任何活動的部件。他還計劃告訴聽眾,JTEC的效率是傳統太陽能電池的2倍,可以讓太陽能變得和煤炭一樣廉價具有競爭力。但是他還沒來得及講到這部分。當時任海軍研究總署機械與能源轉換部的負責人理查德?卡林站了起來,直接否決了約翰遜的設想。卡林宣稱,整個裝置建立在一個已經被證明不實際的概念之上,并拿出他的導師、著名電化學家羅伯特?奧斯特揚1981年與人合作撰寫的一份報告作為證據。他對約翰遜說,去讀讀奧斯特揚的報告,你就會明白。
會議就此結束。
擔心自己錯過了什么,約翰遜回到亞特蘭大家中,開始閱讀奧斯特揚足有1英寸厚的報告,并得出結論,其中談論的方法與他的完全不同。看來,卡林在并未完全理解他的概念之前就武斷地予以否決。(當記者就這個問題采訪卡林時,他說他已經不記得那次會議,但知道JETC的概念,現在認為它“原則上是可行的”。)當時,和卡林抱著同樣態度的人還不少。每當約翰遜說到他的JTEC,反應幾乎都一樣: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化為電能。
約翰遜卻不這樣認為。他認為海軍研究總署―――和其他一些機構―――未能接受他的想法是因為他們全部缺乏想象力。他是一個著名的玩具發明家,獨立工作,不屬于任何科研機構,這兩點顯然也無助于他的創意受到嚴肅對待。約翰遜陷入了困境:要證明他的概念可行,他需要一臺強大的原型機,它必須能夠承受聚焦后的陽光的極高溫度。但是沒有經費他就無法造出原型機。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,一種用化學而非物理方法―――通過剝奪氫原子的電子―――生產電力的裝置。
新的描述并不完全準確: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只需要在密封艙內裝載一定數量的氫,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www.nddaily.com SouthernMetropolisDailyMark 南都網)
事實上,在對海軍研究總署演講兩個月前,約翰遜已經在給空軍研究實驗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。“就那樣輕易獲得了經費,”約翰遜打了個響指說,“因為他們懂得燃料電池―――它采用的技術、相關文獻和背景。新的引擎概念卻無法得到別人的認可。”空軍給了約翰遜10萬美元,用于電池隔膜研究。并于2003年8月派了一名項目經理到約翰遜的亞特蘭大實驗室。“我們對他談論JTEC,他回答說,”哇,這真讓人激動!‘“一年后,約翰遜證實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75萬美元經費。
JTEC的關鍵在于熱力學第二定律。簡單地說,該定律指出在自然狀態下,熱會由熱處轉到冷處。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,這個過程中發生了能量的轉移。
通過這個轉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―――生產了美國90%的電能。雖然經過多次改進,多數依然依靠移動部件,發出巨大噪音,噴吐大量廢氣,因此效率低,很容易因機械問題發生故障。
約翰遜的最新JTEC原型機像是一臺新型桌面酒精蒸餾器,包括兩個裝滿氫氣的艙室,由帶壓力計的鋼管連接。蒸汽引擎用燃燒煤炭產生的熱能生成蒸汽,推動移動部件,而JTEC用熱(比如太陽光發出的熱能)使一個艙室內的氫原子膨脹。膨脹的原子―――每一個都由一個質子和一個電子組成―――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。與此同時,帶正電的電子―――又稱作離子―――擠過一塊特別設計的質子交換隔膜(這部分從燃料電池借鑒而來),與另一側的電子結合,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