垃圾发电：打造《回到未来2》中的“聚变先生”-手工客官网

DIYer:TheHomebrewGuru 制作时间:一星期制作难度:★★★★★ GEEK指数:★★★★★

“小聚变先生（Fushion Jr.）”自制能量反应堆从本质上是一个迷你发电机，它的能量是从可燃废料，例如纸张、木材、院子里的断树枝，甚至是某些塑料，中获取的，其灵感来源于电影《回到未来2》中的“聚变先生（Mr. Fushion）”。能量反应堆有很大的潜在利用价值，实际上，这种技术在二战时被用在许多汽车的能量供应上(注:抗战到建国初期中国城市的木炭汽车!)，而且，它是适合发展中国家（那里主要利用燃气炉）使用的能量来源。

这是一种绿色技术，从可替代的燃料源中获取能量，而且其制作组件大部分都是废物利用的（好吧，有些核心部件不是）。

气化炉能够干净地将垃圾转变成一种可燃气体，我们常常将其称为“合成气”或者“木煤气”，然后，在燃烧时可以产生热量，用于烹饪。或者，用珀耳帖制冷器（Peltier,又译珀尔帖。即半导体制冷片）可以将这些热能转换成电能。半导体制冷片所生成的电流被送入充电模块中。充电模块给可充电的蓄电池充电。蓄电池提供能量，驱动逆变器。逆变器可以用来驱动电器。接着，在设置好电池、逆变器，以及充电器之后，我们就会发现，只要把小型聚变器替换成任何太阳能电池板，就能轻松制作出一个太阳能发电装置了。

一个单元所能产生的最小能量取决于所用的半导体制冷片数量的多少。每个制冷片能够持续提供数瓦特的功率。一个小型聚变器系统的功率有可能达到 2000 瓦特以上。不过，要将这些能量尽数利用起来可不简单，特别是在半导体制冷片的效率不到 3% 的情况下。额定功率较高的电器只靠较低的输入功率就能够运作，这是因为能量逐步缓慢储存在蓄电池里，然后在短时间内释放出来。

1 弄一听咖啡罐头

气化炉是小型聚变器系統中最关键的组件之一。气化炉由 3 个部分组成，图中标为 A（烟道）、B（内室）以及 C（反应器）。每个部分都是相分离的。

垃圾通过烟道进入，通过点火装置（延长的烤肉用打火机）点燃。垃圾开始和氧气发生燃烧，这些氧气是通过内室底部的孔洞输送进来的。氧气从外部进入内室，然后再通过低层的孔洞进入反应器。当温度上升，而且有越来越多的垃圾被送进来时，氧气供给就会被切断，因为，低层的孔洞会被余烬和灰尘阻塞住，垃圾就无法继续燃烧了。高温会导致“合成气”的形成，这种气体基本上是由一氧化碳和氢气这两种可燃气体组成的。即便在高温条件下，“合成气”在抵达图中标示的燃烧区域之前都不会燃烧。之后氧气通过一排排的孔洞与“合成气”混合发生燃烧，这一燃烧的结果会释放出二氧化碳、水蒸气和热量。气化炉可以有效地燃烧垃圾，不会产生多余的污染和烟雾。不幸的是，当你启动了气化炉之后，如果气化炉没有燃料了，而此时又是一个风大的天气，那么就会产生大量烟雾了。气化炉能在火焰熄灭之后，继续产生半个小时的热量。

本制作使用的是一听咖啡罐头、一听豆子罐头、一小听饼干锡罐头，还有一个野炊锅，不过你可以用别的材料试试。像图示中那样穿孔。孔越多，提供的氧气也就越多，因此就能燃烧得更好，而孔较少的话，就会产生更多的不完全燃烧，这是气体形成所必需的。关键就是要对氧气摄入量进行试验。气体的发生依赖于名为“不完全燃烧”过程，也就是说，要想产生适中的可燃气体，你就必须调整在燃烧区域中的氧气量（即孔洞的数量和大小）。

2 在网上购买一些半导体制冷片

半导体制冷片和一般的太阳能电池一样，采用了半导体技术。两个不同极性的半导体（PN结）可以将热流转化成电流。热量梯度越大，所产生的电流自然也就越大。花 70 美元可以买到 10 个一组的半导体制冷片。令人惊讶的是，相比太阳能电池，这玩意儿每瓦特的成本更低（根据2007年调查的情况）。半导体制冷片常常被用于制热和制冷设备，因为当电流流过半导体制冷片时，其一侧会变热，而另一侧会变冷(发电的逆过程)。
强烈建议你将冷却器件（散热器）安装在半导体制冷片的另一侧（不接触小型聚变器的一侧）。这样就能形成更大的冷却梯度。在某些情况下，你可以用风扇，甚至是冰块这样的冷却方式，来形成足够大的梯度。可别让半导体制冷片过热了，否则它们会熔化的！
将电池的位置调整到最佳状态，让它们的热量梯度最大化。用铝胶带将这些电池绑起来。
如果你不想要使用半导体制冷片的话，那么也可以用其他的技术，例如小型蒸汽机或者斯特林发动机（套阀式发动机）。这两者都可以产生足够大的功率，给电池或者小型电器充电。

3 获取燃料，进行测试

一开始，先要进行一些测试，确保你的设备能够正常地进行气化过程。方法是，往设备中插入固体燃料、烧红的煤块，和/或一点Tiki火炬油。设备应该会产生纯净、无烟的火焰。这就表明“生物气”（木煤气）的存在。你可以把过时的书或者木头放进去烧掉，不会产生什么烟雾。
在照片中，可以注意到没有使用Tiki火炬油，也没有煤块，只用了固体燃料！注意燃烧的纯净性。
这就是为什么这种技术适合作为发展中国家的燃料来源，而且在二战时用于驱动汽车。

4 安装半导体制冷片

做了一个更大的装置。本例中，在装置周围的冷却盘上放了冰块，以产生更大的热量梯度。半导体制冷片被夹在冷却盘和气化炉之间。胶水在这里一般是无用武之地的，因为它会熔化或者烧尽。铝胶带则非常适合！

5 电池、逆变器，以及节约成本的方法

既然你有了电源，那么就需要采取某种方式来储存获得的能量。你将需要一节 12 伏的铅酸蓄电池、一个浮充充电器，以及一台逆变器。这些东西都可以在网上买到。你也许还需要购买一只价值 5 美元的电压表，来监测电池的充电情况。
这些器件有些分类。例如，方波逆变器没有正弦波逆变器好，而且方波逆变器无法与许多敏感的电子器件兼容(注:方波逆变器通常体积更小更便宜更普遍…)。有些充电器比较便宜，但其实会伤害电池。记住，有些铅酸电池要比别的更好，而有些充电器也比别的更好。在购买之前记得看看顾客的评价！在本例中用的是标准的车载电池，不过这些玩意儿在我们这样的折腾下是用不了多久的。留心看看有没有“深度循环”电池。电池的标度是“安培·时”。在我们的制作中，你可以用下面的公式估算一下电池在一个小时内所能提供的能量：放电效率（%）× 12V × 电池额定容量（安培·时）
逆变器、充电器，以及电压表可以直接连在电池上（留意极性！）。

有了这些充电器件以后，你甚至可以把小型聚变器换成太阳能电池板，从而提供可利用的输出，或者驱动数量繁多的各种和太阳能有关的装置！

6 作者的笔记

关于效率：

许多人都指出，半导体制冷片的效率太低了。也许半导体制冷片的确不是理想的选择，但是对一个小型 DIY 项目而言，这种简单的固态组件可以让作品看起来更酷更吸引人。工业级的蒸汽动力效率更高，但是在小尺寸的应用条件下，要手工制作迷你蒸汽机等部件太繁琐了，而且毫无疑问，这对于业余的 DIY 玩家而言就是坑爹啊！在汽车产业有种说法，要把汽车的交流发电机在排气管的部分换成半导体制冷片，从而重新利用那些废气的热量，而不是让它从汽车的动量中白白流走。半导体制冷片虽然效率不高，但并不是一无是处。

关于对环境的影响：

消除碳排放就是让它离开碳循环。由于碳循环中所有的碳都在循环的某一位置进入了气态，所以，如果在任何时刻将碳加入碳循环中，那么就会在那一位置对环境造成破坏，而这也是唯一产生破坏的时刻。气化技术已经得到了全球范围的应用，一般是利用等离子电弧产生气化，而且，这是一种可选的燃料源，但是现在所得到的关注度还远远不够。每一种可选燃料源都有缺点。气化的缺点就是会驱使碳从循环的某一状态进入另一状态（气态），但是这种效应并不是长期的。地底下所蕴藏的碳（化石燃料）本来是不参与碳循环的，但当人类运用它们的时候就会让循环中的任何一种状态的碳总量增加，同时，运用本就在循环中的碳会让某一状态的碳总量增加，但其他状态的总量则会减少，所以这种联系基本上是平衡的。循环碳（气化），而不是带来碳（化石燃料），这种生产能量的方式更符合可持续发展。

恐龙是可以拿去烧的，但恐龙的尸骨就不能烧了！

更多关于气化：

这一节会来解释一下气化的基本过程，以及作者是如何想到这一设计方案的。气化过程所生成的可燃气体是一氧化碳、氢气，以及甲烷。在高温下，碳和水蒸气发生反应（吸热反应，高温下发生），此时环境中的含氧量要控制在一个较小的值。一般而言，碳氢化合物或者其他燃料都可以完全燃烧，生成二氧化碳，并向空气中排放大量微粒，燃烧也很剧烈（产生烟雾）。当含氧量被控制住时，就会发生“不完全燃烧”，所生成的就不是二氧化碳，而会出现燃烧的中间产物（可燃气体）。这个过程会产生纯净、高效、长久的燃烧，那些本来会进入空气中的烟雾颗粒会变成灰烬留下来，而且会产生一部分可以利用的可燃气体。这个设计方案是研究了“气化野炊炉”和车用气化器后想出来的。作者当时没办法获得生产所需的少量金属零件的专用工具，所以，就转而重新利用了身边的一些罐头和其他东西。

排查问题：

如果你的小型聚变器无法正常工作，那么你可以做下面几件事情。试试在半导体制冷片朝向“冷”面的一侧涂上些导热膏。试试开更多的孔来让装置中获取更多的氧气，或者堵住一些孔来减少氧气的供给。将核心部分隔绝开来，它可能还不够热。有些合成气野炊炉使用风扇来帮助氧气的流通和排出。试试用谷歌搜索图片，研究一下合成气野炊炉的设计方式。