地球上的各种烧汽油、柴油的设备，到了火星上就会面临燃料短缺的困境。假如真有移民火星的一天，那么—
也许100年后，人类就将大规模往火星上移民，那个时候在火星上，人类生存所必需的条件——大气、水源等问题——都已经得到了解决。可是当人类把一些必要的机械设备搬到火星上使用时，还是会遇到很大的麻烦，尤其是那些靠汽油、柴油发动机驱动的设备。因为汽油、柴油都需要从石油中提炼，而火星上根本没有石油！
你也许会想到利用火星上的太阳能。可是火星轨道离太阳的平均距离是地球到太阳的1.52倍，每平方米接收到的太阳辐射只及地球的43%。能量密度小，也就意味着接收成本高；而且或许到那时，人们还没有研制出大功率的太阳能蓄电池，因此无法驱动一些大功率的机器。
这可怎么办？不用愁！现在科学家告诉你：火星地底下蕴藏着大量的镁矿，届时，燃烧金属镁就可以驱动这些机械了。在未来，火星上奔跑的汽车“油箱”里，装的不是汽油，而很可能是满箱的镁粉呢！
金属燃料优点多多
用燃烧金属来驱动发动机，这岂不荒唐？其实一点都不荒唐。
我们知道，汽油发动机是靠燃烧汽油产生的热能来发动的。或许你已经在中学化学里学过，一些金属，比如说镁、铁，在纯氧中燃烧也会释放出大量热能，那么为什么不可以利用这些热能来驱动呢？其实，原则上任何能在氧气中燃烧的金属或者非金属，都可以用作发动机的燃料。
金属作为燃料，有着石油、煤等化石燃料无法企及的优点。我们现在把全球气候变暖归罪于燃烧化石燃料产生的二氧化碳，而金属燃烧却不会产生二氧化碳和其他一些污染物，而且就从燃烧单位体积的物质所释放出的热量来说，大多数金属都要比汽油、柴油高。例如，装满同体积铁粉燃料的汽车比使用汽油的汽车能多跑1倍以上的路程。
更妙的是，金属燃烧的氧化产物还可以循环利用。把燃烧产物收集起来，在高温下通氢气，就能还原回金属。如果你嫌氢气的成本太高，那就不妨用工厂里煤不充分燃烧产生的一氧化碳来还原。因此，金属燃料不像化石燃料那样越用越少，价格也相对稳定。
金属燃烧还有一个特点，就是燃烧非常剧烈。你也许已经在课堂上亲眼目睹过镁条在氧气里的燃烧。燃烧的镁条闪着耀眼的光，大量的热瞬间就被释放出来。而汽油、柴油的燃烧则要缓慢得多。火箭在升空时，需要瞬间获得巨大的推力，所以现在的火箭助推器，大多使用铝粉做燃料添加剂。研究表明,向火箭固体燃料中加入0.5%的铝粉或镍粉,可使燃烧速度加快数十倍。你瞧，金属燃料不单是纸面上的设想，而是有了实际的用途。
纳米颗粒帮大忙
不过金属燃料用作火箭上的助燃剂，与用作汽车发动机的燃料相比，还是有很大的不同。
首先，火箭自身有固态氢燃料，当它在纯氧中燃烧时，产生的高温直接可以点燃金属。而作为发动机的金属燃料，却没有助燃剂。当金属颗粒比如铁和铝与空气接触时,它们的表面会生成一层氧化物保护膜,阻止其进一步氧化，只有将膜除去才可能点燃金属。这需要温度高于2000℃（一般汽油燃烧的温度在900℃~1500℃）,使氧化层汽化，从而暴露出金属原子。这个要求对于火箭虽然容易实现,但对汽车发动机而言就成了一个难题，因为在这种温度下，发动机自身也熔化了。
这个问题看似困难，其实不难解决。科学家在实验中发现，当把铁制成50纳米大小的颗粒时，把它们加热到250℃，只要一个火花，就可以点燃。
纳米颗粒之所以容易燃烧，是因为同等质量的条件下，它们与空气接触的表面积要比一个金属团块大得多。铁很容易和氧发生反应释放出热，如果很多纳米铁颗粒同时暴露在空气中，氧化产生足够的热就可以自发地引燃铁。一旦纳米铁颗粒被点燃，它们燃烧得就十分迅速，温度最高可达800℃，这样的热度足以用来驱动，而又不会熔化合金制成的发动机。
原先，金属做发动机燃料还会遇到另一个问题，即燃烧产生的金属氧化物灰烬在高温下汽化，等冷却后就会堵塞在活塞、汽缸壁和阀门上，使发动机“死机”。
这个难题也随着纳米金属颗粒的采用而自动解决了。因为纳米金属燃烧最高温度不超过1000℃，在这个温度下，金属氧化物以固态的形式存在，只要每次燃烧完，及时清理灰烬，就不会堵塞引擎。
但使用纳米金属颗粒做燃料，也带来一个新的问题，即纳米颗粒燃烧很快,在大概1毫秒中就释放了全部热量。要用作发动机的燃料,这么快的发热速度使热量无法被高效利用。在常规的内燃机中,每次燃烧需要时间能够持续5~20毫秒。
为了限制燃烧速度,科学家把几个、几十个纳米颗粒压缩成更大的团,以减少它们跟氧气的接触面积。通过调节这些纳米颗粒团的大小、形状和密度，他们可以控制金属的燃烧速度。单一的纳米粒子会在数毫秒内燃烧，而较大的纳米颗粒团却可以在500毫秒至2秒内燃烧，这就保证了发动机的机械部分有充足的响应时间。
到火星上去！
不过，金属燃料也有其自身的缺点。最明显的就是重量问题。一个行驶距离等效于50升油箱的铁燃料箱重约100千克（油箱自身重量除外）,比普通油箱重两倍多。并且由于金属燃料燃烧后，废物不排放到空气中,在整个行驶过程中车重都不会减轻,这就增加了运输的成本。所以有人认为，单太重这一项，就可能让金属燃料丧失了实用性。
不过金属燃料的研究者们可不这么认为。他们把金属燃料跟目前普遍看好的氢燃料做了一个比较。
的确，要说清洁、绿色的驱动燃料，可能是非氢莫属。毕竟，每克氢所提供的能量是铁的12倍以上。但为了贮存氢燃料，需要庞大的冷冻设备，而且不够安全。而金属燃料在室温条件下相当稳定，所以很容易储存和运输。
以氢做燃料的车辆还可能面临着一个更为严重的问题。由氢燃料燃烧产生的水，通常被认为可以直接排放到大气中。但一些环境科学家认为：如果成百万的以氢为动力的汽车都向大气中释放大量水蒸气的话，就会加速全球变暖。而采用金属燃料却可以避免这一问题。
此外，在减轻重量方面,金属燃料也有可提升的空间。如果使用铝来替代铁的话,同样重量的燃料可以得到4倍的能量,如果使用硼,可以得到6倍的能量。虽然这两种材料都比铁昂贵,但从另一个角度来考虑,由于金属燃料不会被消耗,可以循环使用,真正的使用成本在于将金属氧化物还原为燃料的过程,而不在于燃料本身。
这就是说，只要一次性买了金属燃料，在理想的情况下（即氧化物100%回收），你所需要交付的使用成本，只是将金属氧化物还原为燃料的成本，而这个成本对于铁还是铝、硼都相差不大。
当然，现在更大的问题是，纳米金属颗粒的生产远未实现大规模工业化，本身成本高昂。实现工业化生产之后成本会最低降到多少，现在还未可知。不过科学家依然乐观地认为，即使在地球上使用金属燃料不合算，也可以在火星上寻找出路，因为火星上蕴藏着丰富的镁矿。如果真能实现，那么未来火星上的加“油”站提供的就不是汽油，而是一罐罐纳米镁粉了。
