采取措施防止資源枯竭

日本研究新金屬開發(fā)和在月球上煉鐵技術(shù)

郭廷杰

為防止資源枯竭，日本正積極開發(fā)所需稀有金屬的代替材料和在月亮上生產(chǎn)鐵的技術(shù)。

汽車用金屬代用材料的開發(fā)。

汽車業(yè)是鋼鐵和有色金屬的主要用戶。據(jù)日本物質(zhì)材料研發(fā)機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2050年鋼、鉛、鋅、錳等大宗金屬的使用量將超過現(xiàn)有的資源儲(chǔ)量，因此應(yīng)及時(shí)開發(fā)代用金屬。汽車為實(shí)現(xiàn)輕量化節(jié)油減排需要大量高強(qiáng)度鋼板，同時(shí)為防腐蝕以延長使用壽命，又必須進(jìn)行表面鍍鋅。隨著發(fā)展中國家汽車業(yè)的高速發(fā)展，鋅有早目枯竭的危險(xiǎn)。在政府支持下，日本東京正業(yè)大學(xué)正在開發(fā)以鋁、鎂、硅合金代替鋅作為汽車板鍍層的技術(shù)。經(jīng)初步試驗(yàn)，該種合金的耐蝕性能尚優(yōu)于鍍鋅層，因?yàn)樵谕�等時(shí)間內(nèi)該種合金的氫侵入量可減少到鍍鋅層的l／10，十分有利于防止高強(qiáng)度鋼板劣化而保證汽車安全。JFE鋼鐵、東北工業(yè)大學(xué)和物質(zhì)材料研發(fā)機(jī)構(gòu)都參與了該種合金的研發(fā)，爭取早日實(shí)用化。另外，日本汽車尾氣凈化觸煤用鉑、銠和鈀等稀有金屬全靠進(jìn)口。因此，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)總合研發(fā)機(jī)構(gòu)和三井金屬共同研發(fā)成功了以銀代鉑的技術(shù)，預(yù)計(jì)到2013年可使鉑的總用量減少50％。

稀有金屬代用材料的開發(fā)。

隨著生態(tài)汽車和光伏電池等的發(fā)展，其所用稀有金屬的用量日益增加導(dǎo)致價(jià)格高漲。因此，日本經(jīng)產(chǎn)省下達(dá)了研發(fā)項(xiàng)目，要求開發(fā)出到2020年可使透明電極用鋼比現(xiàn)在減少30％的技術(shù)。目前，日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)總合研發(fā)機(jī)構(gòu)已開發(fā)成功液晶電視、光電池板和發(fā)光LEO等透明電極用氧化鉬錫的代用品，即將氧化鋅相氧化鎂的混合材料在10cm×10cm玻璃基板上成膜。該代用品現(xiàn)已試用于小型液晶電視和光伏電池。另外，日本神奈川科技學(xué)院和旭硝子公司亦開發(fā)成功在二氧化鈦中加入微量鈮并在玻璃上成膜以制造透明電極的技術(shù)。

超高純鐵耐蝕材料的開發(fā)。

中亞、東亞的一些地區(qū)由于臨海，人們住房的屋頂和使用的汽車、自行車容易被含鹽高的空氣腐蝕，因此日本東北工業(yè)大學(xué)金屬研究所開發(fā)成功了含Fe達(dá)99．98％的超高純鐵，有效解決了耐蝕問題。一般生鐵的含Fe量為97．9％，而99．98％的超高純鐵由于雜質(zhì)少致耐蝕性好，并且在高溫高壓下不開裂。這一新產(chǎn)品尚屬小試成果，一旦實(shí)用化將給人們的生活帶來重大變化。相關(guān)研究人員表示：“該超高純鐵一旦實(shí)用化后將率先用于核電站和海水淡化裝置。”核反應(yīng)堆的配管和換熱器如果使用該超高純鐵制造的話基本上無須維修，從而可在沙漠建核電站；海水淡化裝置如果使用該超高純鐵的話亦可長期穩(wěn)定運(yùn)行，從而降低成本。研究組目前正在籌建每次可生產(chǎn)100千克該產(chǎn)品的中試設(shè)備。

為適應(yīng)混合動(dòng)力汽車和電動(dòng)汽車的發(fā)展，日本金屬研究所正在研發(fā)比現(xiàn)用鋰離子電池更高效的負(fù)極材。

該研究所認(rèn)為，要使充放電穩(wěn)定，須抑制電極板表面變得凹凸不平。據(jù)此，該研究所正在改進(jìn)比鋰離子電池容量高1倍的鎂離子電池用負(fù)極板(厚度小于1mm的鎂薄板)。若改進(jìn)成功，鎂離子電池可在沙漠地區(qū)屋頂上裝的光伏電池組合上使用，通過存電保證住宅的日夜穩(wěn)定用電。如果鎂離子電池用在電動(dòng)汽車上代替現(xiàn)用鋰離子電池，則電動(dòng)汽車在一次充電后的走行距離珂提高1倍。但是，鎂離子電池的正極材易劣化，目前日本琦玉縣產(chǎn)業(yè)技術(shù)中心正在開發(fā)鎂離子電池正極材的防劣化技術(shù)，已獲初步成功。

在月球上煉鐵。

此技術(shù)正由東京工業(yè)大學(xué)須佐教授領(lǐng)導(dǎo)的研究組研發(fā)。須佐教授認(rèn)為“從理論上看，將月球上的砂加熱到1400℃即可成鐵�！痹虑蛏系拇髿鈱雍�氧量比地球少很多，因此將月砂中含鐵10％～15％的氧化鐵加熱到1400℃，則鐵和氧分離，氧氣擴(kuò)散后月砂變成鐵，而在地球上則由于氧氣多致分解后的鐵再度變成氧化鐵。目前該項(xiàng)目的研究課題在于反應(yīng)速度，由于在真空中對氧化鐵分解的實(shí)例還不多以致實(shí)效不明。研究組正對氧化鐵分解速度進(jìn)行推算試驗(yàn)，但由于對月球上氧氣濃度的再現(xiàn)困難以致進(jìn)展不快。目前，須佐教授和日本宇航研發(fā)機(jī)構(gòu)、清水建設(shè)公司用地球上的還原劑對月砂進(jìn)行了煉鐵研究，初步獲得成功。該還原劑和與月砂同樣成分的材料反應(yīng)時(shí)，確實(shí)能煉出鐵，若在重力僅為地球l/6的月球表面上，理論上其反應(yīng)速度將可提高5倍，即其產(chǎn)鐵的效率不比高爐差。月球上無燃料，因此只要解決對月砂加熱的能源問題即可產(chǎn)出鐵，未來可能需要從地球往月球輸送燃料。目前由于在成本和批量生產(chǎn)方面問題仍多，月球上煉鐵的技術(shù)在短期內(nèi)難以實(shí)用化。

強(qiáng)度高、易加工且便于再生利用的鐵在地球上已廣泛應(yīng)用，但鐵的比重高達(dá)7．8％，很難用火箭運(yùn)上月球，如果能在月球上生產(chǎn)鐵則提高了人類在月球上居住的可能性。但是不應(yīng)忘記環(huán)保，若人類在月球上居住時(shí)產(chǎn)生的污水排入太空則將嚴(yán)重污染環(huán)境。為解決這一問題，日本正和電工(北海道旭川市)開發(fā)對生活污水凈化后循環(huán)利用而不外排的技術(shù)。

據(jù)人類學(xué)家預(yù)測，50年后地球人口將由現(xiàn)在的60億提高到100億，居住土地更為緊張，大氣污染更為嚴(yán)重，為此應(yīng)考慮在沙漠、海中和月球上居住的可能性：日本企業(yè)若能率先為此解決所需的物質(zhì)條件，將為人類社會(huì)長遠(yuǎn)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。