欧洲航天局正在测试铁在失重状态下如何燃烧

在太空中燃烧铁会发生什么？为了找到答案，欧洲航天局（ESA）正在微重力下燃烧铁粉。他们这样做不是为了好玩，而是为了理解一种叫做“离散燃烧（discrete burning）”的东西。事实证明，这个过程可能会使地球上的炼铁炉更有效率。它最终也可能会加入其他可再生能源的行列，成为对抗大气中温室气体排放的一种方式。

上图：ESA 测试了一种称为离散燃烧的过程，在微重力条件下使用铁粉与氧气混合。其结果是在地球和太空中创造可持续燃料的可能途径。

那么，为什么要烧铁呢？在天体物理学中，当一颗质量巨大的恒星进入“烧铁”阶段时，它会以超新星的形式带来灾难。这是因为消耗恒星核心中的铁所需的能量，比恒星释放出的能量要多。但是，在微重力下“燃烧”铁则是一个不同的化学过程。

当你燃烧某物时，你是在向你想要燃烧的材料中添加氧气。这个过程会放出热量和其他副产品。如果你燃烧木头或类似的东西，副产品是灰烬和二氧化碳（一种温室气体）。

当铁（或其他金属）粉末燃烧时，它与空气反应形成氧化物。在这个过程中，它们会产生大量的能量（和光）。至于铁，剩下的基本上是氧化铁 —— 铁锈。人们还可以对铁锈进行再加工以去除氧气。本质上，你可以再次得到铁。在这个过程中不会产生二氧化碳，也不会产生其他危险气体。

欧空局工程师安东尼奥·维尔加（Antonio Verga）解释说：“减少大气中碳排放的最好方法就是根本不排放。”维尔加曾在 TEXUS 探空火箭上参与了该团队的实验飞行。

上图：这是当铁尘在受控的燃烧室中燃烧时的样子。它发出热和光。这是离散燃烧的过程。

我们大多数人都经历过在节日庆祝活动中燃放礼花或玩烟花时燃烧金属的经历。这些都是很棒的玩具，但它们也是微型能源。如果你放大这种铁和金属燃烧过程会发生什么？你会在更大的范围内获得热量和能量。这就是欧洲航天局的科学家们想要测试的，原因与未来对月球及其他地方的探索有关。

为了测试燃烧铁的过程，该机构在零重力飞机和火箭发射上进行了一系列抛物线飞行。船上的“烤箱”含有自由漂浮的铁尘，并被分散点燃。这种离散的燃烧在地球上很少见，但它的物理原理值得研究，可以用于太空。这个想法是为了看看离散燃烧是否可以在月球基地等地方成为一种有用的技术。为了在脑海中勾勒出这一过程，我们可以想象一场森林大火，一棵树燃烧了，然后当温度足够高时，火就会跳到邻近的一棵树上。

高速摄像机捕捉到了飞机和火箭上的实验画面。然后，这些图像和数据被输入计算机模型，科学家们正在使用这些模型来了解，在各种环境中是否可能存在燃烧铁的设备。

上图：加拿大国家研究中心猎鹰-20飞机在欧空局抛物线飞行中燃烧铁的视频。该视图显示了铁金属粉尘在达到燃烧温度时点燃。视图减慢了30倍。

对许多人来说，燃烧金属的过程似乎很不寻常 —— 几乎是科幻小说。不过，这并不是一个全新的想法。整个社区的研究人员正在研究地球上可持续能源生产的过程。而且，这对这个行业来说并不新鲜。在荷兰，Swinkels 家族酿酒厂几年前就采用了烧铁技术，将其酿造过程从化石燃料转变为更生态可持续的过程。

在太空中，虽然月球上还没有殖民地或空间站，但欧洲航天局的科学家们认为，有一天那里也需要可持续的金属燃烧能源工厂。一种可能的方案是，利用太阳能从月球矿物中生产铝和硅粉，并从月球冰中提取氢和氧。氢气将被用来将富含铁和钛的月球尘埃转化为水和铁粉。水冰中的金属粉末和氧气可以变成火箭或地面运输的推进剂，水的副产品可以成为饮用水。

上图：荷兰埃因霍温的铁燃料示范工厂。

可持续燃料行业正在认真考虑将金属燃烧作为未来的“清洁能源”来源。在荷兰埃因霍温附近，已经有一个示范工厂正在进行实验。其目标是找出有多少这种能源可以作为化石燃料的替代品。它使用铁粉，产生约1MW的蒸汽。基于这个实验模型，其他公司正在研究用于重工业用途的金属燃烧。

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