氫能：人類未來的清潔能源（係列講座1）

2006年11月13日國際氫能界的主要科學家聯名向八國集團領導人：加拿大總理斯蒂芬.. ·哈珀、法國總統雅克·希拉克、德國總理默克爾
、意大利總理羅馬諾·普羅迪、日本首相安倍晉三
、俄羅斯總統弗拉基米爾.. ·普京、英國首相托尼·布萊爾和美國總統喬治·布什以及聯合國相關部門負責人提交了有關氫能的《百年備忘錄》。在備忘錄中
，科學家們指出：“21世紀初葉人類正麵臨的兩大危機：一是人為因素導致的氣候變化是真實存在的，至21世紀末
，氣溫的升高將會呈現一個相當大的幅度，並將會給人類、動物
、植(zhi)物(wu)以(yi)及(ji)人(ren)類(lei)文(wen)化(hua)遺(yi)產(chan)帶(dai)來(lai)災(zai)難(nan)性(xing)的(de)後(hou)果(guo)。二(er)是(shi)傳(chuan)統(tong)化(hua)石(shi)能(neng)源(yuan)或(huo)核(he)能(neng)源(yuan)燃(ran)料(liao)被(bei)少(shao)數(shu)幾(ji)個(ge)國(guo)家(jia)寡(gua)頭(tou)壟(long)斷(duan)的(de)情(qing)況(kuang)正(zheng)不(bu)斷(duan)加(jia)劇(ju)

，這(zhe)不(bu)利(li)於(yu)大(da)多(duo)數(shu)國(guo)家(jia)利(li)用(yong)能(neng)源(yuan)。解(jie)決(jue)上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)的(de)方(fang)案(an)不(bu)少(shao)，但(dan)是(shi)氫(qing)能(neng)為(wei)最(zui)優(you)方(fang)案(an)，它(ta)將(jiang)為(wei)人(ren)類(lei)提(ti)供(gong)足(zu)夠(gou) 的清潔能源。”

為什麼世界科學家對氫能如此重視
？氫能到底能不能擔當如此重任，本係列講座將詳細通俗地向讀者介紹這方麵的有關知識。

誰是下一個能源主角

人類的能源發展史是一部生產力發展的曆史。從不發達社會使用收集的牲畜糞幹、秸稈茅草，到我們今天使用的石油
、煤炭、天然氣能源，人類社會發展隨著我們使用能源的進步而進步。能源不僅為人類提供基本需求，如光和熱
、而且還讓我們能在空中
、地麵、水上甚至星際長距離旅行。 “鑽木取火”是人類利用柴薪的開始。從有史以來到公元1800年

，利用能源的方式都是如此。期間個別地方發現煤、天然氣乃至石油，並沒有引起轟動
，主要是沒有工業應用，無論哪種能源都是用於炊事
、照明而已

，差別不大。直到工業革命的蒸汽機開始之時
，人們還是用木頭燒鍋爐。後來，人們發現煤可以更方便、更有效地開動蒸汽機，再加上木材也越來越少
，煤炭才迅速代替木材
，成為世界能源主角。 隨著汽車的發明和普及

，人們又發現石油是比煤更方便

、更有效的一種能源，於是石油在能源舞台上大顯身手。以後天然氣也成為人類生活中重要的能源。從圖1可以看出，人類經曆柴薪時代
、煤炭時代
、石油時代
、天然氣時代後，能源將會進入氫能時代。現在，氫作為能源載體已經受到世界各國科學家、工程師、投資家和政府部門等多方的高度關注。

圖1 世界能源變化趨勢圖

化石能源的尷尬處境

1770nian，watefamingzhengqiji，biaozhizhediyicigongyegemingdekaishi
，meizuoweinengyuanqilewuketidaidetuidongzuoyong。buguo，wategenbenwufaxiangxiangtatiancaidefaming，yijizaitazhihoudegeshigeyang、形形色色的蒸汽機向大氣排放的CO 2會給環境帶來越來越嚴重的災難！許多年以後，當煤、石油和天然氣燃燒時
，CO 2和其它化學物質在大氣中逐漸積累，吸收熱量
，並導致今天的“溫室效應”
，威脅著全人類的生存環境！

過去的許多年
，天文數字般的CO 2被排放到大氣中，近兩個世紀以來,大氣中二氧化碳濃度一直在增加。如.. 1790年大氣中二氧化碳濃度為260ppm,2003年為375.64ppm，預計到.. 2050年將達到700ppm。這些CO 2象溫室的玻璃一樣，吸收了太陽的熱

，使地球的溫度升高。在20世紀，地球溫度升高了0.7℃。“溫室效應”的可怕後果是土地沙漠化、農業減產、物種變遷、疾病流行
、冰川融化、海平麵上升、氣候變化、洪水
、地震
、海嘯以及“厄爾尼諾”現象等。計算機模擬實驗表明，當地球氣溫升高2℃
，局部地區會明顯變暖；增加4℃以上時，萬年冰山融化，極地冰層融解，地球的沿海地區將被淹沒。

2006年10月30日英國政府公布了一份有關全球氣候變暖問題的報告
，這份長達700頁的《斯特恩報告》指出，如果各國政府在未來10年內不采取有效行動遏製“溫室效應”，那麼全球將為此付出高達6.98萬億美元的經濟代價
，這將超過一戰、二戰和上世紀30年代美國經濟大蕭條所付出的代價。此外
，冰川大量融化所導致的氣候變化會導致全球六分之一人口嚴重缺水
，40%以上的野生物種滅絕，並造就多達兩億的“環境難民”。

我們知道，含碳的燃料在空氣中燃燒會產生熱量，燃燒的副產物除CO 2和水蒸汽外


，空氣中的氮與氧反應產生一氧化氮和二氧化氮氣體
，通常表示為NO X 。NO X是更強烈的溫室氣體
，其溫室效應是.. CO2的310倍！

煤和石油通常含有一些硫磺，燃燒時會產生二氧化硫、三氧化硫等硫氧化物，表示為SO x，SO x與雨水結合形成硫酸，即我們所說的“酸雨”。

“酸雨”會嚴重危害動植物生長，從而直接或間接危害人體健康；對金屬、石料、水泥、木材等建築材料均有很強的腐蝕作用
，對城市建築
、道路、橋梁、名勝古跡造成很大危害。“酸雨”帶給社會經濟的損失是不言而喻的。

燃燒汽油、柴油或其他含碳燃料還產生如一氧化碳、過氧硝酸乙酰酯（俗名為PAN）
、苯並芘、煙霧之類有毒物質，也是許多麻煩的根源。

化石能源，特別是煤的使用，不但給煤使用地區帶來汙染，而且給煤的生產地區也帶來河流汙染、地麵塌陷等災難

；石油天然氣的開采也往往造成嚴重的環境地質問題，比如導致地麵變形、誘發地震、岩溶塌陷等等。

成也化石能源、敗也化石能源，它是地球環境汙染的重要根源。所以，為了我們的地球
，為了我們的後代
，要盡量少用化石能源
，同時使用替代能源。

世界的難題
，氫能的機遇

要解決全世界麵臨的“溫室效應”和(he)環(huan)境(jing)問(wen)題(ti)，人(ren)們(men)提(ti)出(chu)多(duo)種(zhong)辦(ban)法(fa)，其(qi)實(shi)
，最(zui)好(hao)的(de)方(fang)法(fa)就(jiu)是(shi)把(ba)燃(ran)料(liao)中(zhong)的(de)碳(tan)去(qu)掉(diao)。利(li)用(yong)原(yuan)子(zi)的(de)核(he)聚(ju)變(bian)反(fan)應(ying)也(ye)許(xu)能(neng)提(ti)供(gong)我(wo)們(men)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)能(neng)量(liang)
，但(dan)從(cong)目(mu)前(qian)估(gu)計(ji)
，這(zhe)可(ke)能(neng)是(shi)百(bai)年(nian)以(yi)後(hou)的(de)遠(yuan)景(jing)了(le)。

用氫代替目前所用的燃料是唯一能提供既沒有溫室效應、也沒有汙染物威脅的高質生活的途徑。世界的難題
，給氫能展示優勢的機會。

耀眼的太陽氫

在《百年備忘錄》中提到“氫能將進一步提高可再生能源在全球能源市場中的比例”。這是因為科技界普遍認為氫能是一種極具潛力的“能源載體”。氫氣不是一次能源
，自然界中不存在純氫，隻能通過分解含氫化合物得到
，地球上最多的含氫化合物就是水！name，fenjieshuidenengliangcongheerlai

？renmenziranerrandixiangdaoyongyuanguanghuicanlandetaiyang。taiyangnengduihuanjingwuhai，danyouhenqiangdequyuxingheshijianxing。zaimouyishiduan，youdedifangyoutaiyang，youdedifangquemeiyou；jishizaiyoutaiyangdedifang

，taiyangguangdeqiangducongzaowandaozhongwuyeyouhendadebianhua。zheyang，womenzaibixuzaitaiyangguangqiangdugaodeshihouchucuntaiyangneng
，yibianzaimeiyoutaiyangguangshizailiyong。

如何儲存太陽能？靠蓄電池不行

，容量太小。科學家提出了太陽-氫能係統。簡單地說
，白天太陽能轉化為電
，並電解水生產氫（隻有商業、工廠和家庭不需要電時，才這樣處理）
；然(ran)後(hou)用(yong)管(guan)道(dao)輸(shu)送(song)氫(qing)，就(jiu)像(xiang)今(jin)天(tian)輸(shu)送(song)天(tian)然(ran)氣(qi)一(yi)樣(yang)，直(zhi)到(dao)城(cheng)市(shi)和(he)小(xiao)鎮(zhen)，供(gong)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)。清(qing)華(hua)大(da)學(xue)核(he)能(neng)與(yu)新(xin)能(neng)源(yuan)技(ji)術(shu)研(yan)究(jiu)院(yuan)的(de)科(ke)學(xue)家(jia)們(men)正(zheng)在(zai)開(kai)展(zhan)“太陽氫”、“風氫”的研究。

太陽-氫能無汙染，當用氫產生熱或電時
，副產物是清潔的水，水電解又得到氫。所以太陽.. -氫能是一個清潔和可循環的係統。許多自然過程是自循環的，如動物、人和植物的呼吸係統
，食物鏈和地球的水循環等。難道我們的能源不應該采用可再生的自循環係統嗎？

在太陽-氫係統中，氫在太陽能（直接的和間接的）和消費者之間扮演一個中介的角色。因為氫可存儲、可運輸
、清潔，而且可無限循環利用
，用之不竭！

任重道遠的氫能

大約250年前人們就發現了氫；約150年前
，氫獲得工業應用。在使用天然氣之前，人們就用所謂的城市瓦斯來取暖、做飯或道路照明；那種瓦斯含氫達60％。

目前許多人對氫有偏見
，疑慮、甚至恐懼。他們擔心氫氣的來源


、氫的安全
，擔心氫能否為人們接受等等，其實都是過慮。

隨著科技的進步，能源工業將采用太陽.. -氫能係統生產清潔的氫氣
，汽車加注氫燃料和現在加注汽油一樣方便
、快捷。那時


，人們的生活一定會更好、更舒適。

任ren何he變bian革ge的de第di一yi步bu往wang往wang是shi最zui艱jian難nan的de，但dan是shi為wei了le保bao護hu環huan境jing，為wei了le我wo們men的de子zi孫sun後hou代dai，我wo們men必bi須xu邁mai出chu這zhe一yi步bu，必bi須xu改gai變bian現xian有you的de能neng源yuan結jie構gou。能neng源yuan的de替ti代dai需xu要yao一yi個ge過guo程cheng，一yi般ban要yao幾ji十shi年nian
，乃nai至zhi上shang百bai年nian
，但dan我wo們men要yao未wei雨yu綢chou繆mou，不bu能neng怠dai慢man
，要yao通tong過guo積ji極ji的de研yan究jiu創chuang新xin
，來lai努nu力li縮suo短duan氫qing能neng大da規gui模mo應ying用yong的de進jin程cheng。科ke學xue家jia們men今jin天tian提ti出chu的de《百年備忘錄》的正確性和預見性，將會被百年曆史所證明。（待續）..

作者簡介

毛宗強，男
，1947年.. 9月.. 10日出生，江蘇淮陰人。於1970年

、1982年和1993年分別獲得清華大學學士
、碩士和英國大學化工係工學博士學位。現為清華大學核能與新能源技術研究院責任教授
、博士生導師、國際氫能學會中國唯一理事
、中國可再生能源學會副理事長
、中國可再生能源學會氫能專業委員會主任《電源技術》副主編

、《太陽能學報》副主編、《太陽能》、《可再生能源》編委、世界環境基金（.. GEF）技術顧問、國際氫能經濟合作夥伴（I PH E）氫能教育專家。毛宗強教授是我國著名氫能科學家，曾為國家科技部第一個氫能.. 973項目（.. 2000-2005）首席科學家。他從事科研工作近.. 40年，已在國內外著名刊物及會議發表有關氫能與燃料電池的文章160餘篇及多部著作
，申請並獲得多項專利。