前景日益重要的氫能 （係列講座10）

一、使用氫能是CO2減排的最終方案2007年11月27日，聯合國開發計劃署(UNDP)在其發布的《2007～2008人類發展報告》中，以極其嚴厲的措辭警告氣候變化會帶來雙重災難：首先是貧困人口的發展倒退，接著是全人類長期遭受威脅。這是聯合國開發計劃署第一次以氣候變化作為年度人類發展主題。而2006～2007年度，其關注的話題是水危機。全世界都感受到近年世界氣候變化帶來的影響：暖冬、洪水、水資源短缺、農作物減產、海平麵上升
、大量物種滅絕等災難性後果。煤、石油、天然氣等化石能源使用時釋放出大量的溫室氣體，成為全球氣候變化的根本原因。據統計
，工業革命以後CO2排放量超過了工業革命以前的總量，這使大氣中CO2的濃度由工業革命前的275ppm增加到了現在380ppm，為地球曆史上65萬年以來的最高值
，而在過去的100年中全球平均地麵氣溫已增加0.3～0.6℃。溫室氣體是二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、水汽等的統稱
，其中因為CO2的量最大而備受關注。主要來自化石燃料能源煤、石油、天然氣的燃燒，也來自其它方麵。現在有各種各樣的方法處理收集到的CO 
，諸如製成塑料


、廢礦井埋藏等
，且不說這些方案是否經濟可行
、安全可靠
，事實上，麵對全世界每年280多億噸的CO2的巨大排放量


，目前所有處理的CO 的數量都顯得微不足道
、無濟於事！其實即便可以收集煤炭燃燒時生成的CO2，又有何處能放置如此大量的CO2？現(xian)在(zai)科(ke)學(xue)家(jia)提(ti)出(chu)用(yong)廢(fei)棄(qi)的(de)礦(kuang)井(jing)和(he)油(you)井(jing)來(lai)放(fang)置(zhi)，但(dan)是(shi)這(zhe)也(ye)隻(zhi)是(shi)權(quan)宜(yi)之(zhi)計(ji)。簡(jian)單(dan)估(gu)算(suan)一(yi)下(xia)
，就(jiu)清(qing)楚(chu)了(le)。假(jia)設(she)煤(mei)炭(tan)很(hen)純(chun)
，全(quan)是(shi)炭(tan)，其(qi)分(fen)子(zi)量(liang)為(wei)12。煤炭的容重粗略計為1400公斤／立方米，不論煤炭用於何處
，最終都變成穩定的CO2
，CO2的分子量為44、密度約為2公斤／立方米。可見
，由煤產生的CO2，其重量要變為3.7倍，而體積要擴大700倍！將原先體積致密的、埋藏在地下的固體煤炭
，變成體積大700倍的氣體
，所需要的存放空間可想而知。2007年2月在日本東京召開的第九屆亞洲氫能會上
，有日本專家提出將CO 放入深海
，認為在3000米水下，CO2可以以液體的形態保存。當即就有許多反對意見。人們擔心水底存放大量CO2，會給深海生態帶來什麼影響？一旦地震

，CO2是否會在短時間內大量釋放
，造成嚴重後果
？海水中CO2濃度增加
，會給海洋生物、魚類帶來什麼影響？這些都是未知數。人類使用的煤炭的量實在太大了
，無法解決煤炭產生的大量CO2的儲存問題。最好的辦法就是不用煤炭!但是現實又不允許
，隻能一方麵找一些方法處理CO2不讓它直接排放到大氣中；lingyifangmianyaojinkuaishefacaiyongtidairanliao，jianshaomeitandeshiyongliang。jianshaoeryanghuatandezuihaobanfashishiranliaoqutanhua，jibuyonghantanderanliao。zheyangjiumeiyoueryanghuatandepaifang。zuiyouxiwangdewutanranliaoyingdangshikezaishengnengyuan
，haiyouheneng。zai“無碳燃料”一時不能唱主角情況下，應該建議加速開發、應用“少碳燃料”，如天然氣。縱觀能源發展史，你會看到人類的能源先是用薪柴，然後用煤炭
、石油，接著將是天然氣。煤、石油和天然氣都是碳氫化合物

，它們的碳原子／氫的原子比率為：柴薪為10:1；煤為1:1；石油為1:2；天然氣為1:4。人類所用的燃料中的碳原子的比例逐年下降，而氫原子的比例卻逐年上升。燃料的“氫化”是世界大趨勢。

二、人類利用能源的曆史人類利用能源的曆史大致經曆了柴草、煤炭、石(shi)油(you)及(ji)天(tian)然(ran)氣(qi)等(deng)幾(ji)個(ge)能(neng)源(yuan)時(shi)期(qi)。從(cong)火(huo)的(de)使(shi)用(yong)開(kai)始(shi)，人(ren)類(lei)第(di)一(yi)次(ci)支(zhi)配(pei)了(le)一(yi)種(zhong)自(zi)然(ran)力(li)
，從(cong)而(er)使(shi)人(ren)類(lei)和(he)動(dong)物(wu)界(jie)徹(che)底(di)分(fen)開(kai)。人(ren)類(lei)利(li)用(yong)能(neng)源(yuan)是(shi)以(yi)薪(xin)柴(chai)
、風力、水shui力li和he太tai陽yang能neng等deng可ke再zai生sheng能neng源yuan開kai始shi的de
，後hou來lai才cai發fa現xian了le煤mei炭tan和he石shi油you等deng化hua石shi能neng源yuan
，而er目mu前qian人ren類lei又you在zai積ji極ji開kai發fa新xin能neng源yuan和he可ke再zai生sheng能neng源yuan。從cong原yuan始shi社she會hui到dao漫man長chang的de奴nu隸li社she會hui
，人ren力li和he畜chu力li是shi生sheng產chan的de主zhu要yao動dong力li，這zhe時shi的de柴chai草cao並bing不bu能neng產chan生sheng動dong力li。在zai封feng建jian社she會hui

，技ji術shu進jin一yi步bu發fa展zhan，風feng力li和he水shui力li的de利li用yong使shi人ren類lei找zhao到dao了le可ke以yi代dai替ti人ren力li和he畜chu力li的de新xin能neng源yuan。隨sui著zhe生sheng產chan的de發fa展zhan，社she會hui需xu要yao的de熱re能neng和he動dong力li越yue來lai越yue多duo。而er柴chai草cao
、風力、水力所提供的能量受到許多條件的限製而不能大規模使用。煤的發現，提供了大量熱能，中國大約在春秋末(公元前500年)開kai始shi利li用yong煤mei炭tan作zuo燃ran料liao。但dan是shi直zhi到dao工gong業ye革ge命ming時shi期qi
，蒸zheng汽qi機ji的de發fa明ming和he使shi用yong，奠dian定ding了le各ge國guo工gong業ye化hua的de基ji礎chu，開kai辟pi了le人ren類lei利li用yong化hua石shi燃ran料liao作zuo動dong力li的de新xin時shi代dai
，煤mei炭tan才cai登deng上shang了le能neng源yuan的de主zhu角jiao地di位wei。蒸zheng汽qi機ji十shi分fen笨ben重zhong
，效xiao率lv又you低di，人ren類lei在zai生sheng產chan實shi踐jian中zhong又you發fa明ming了le新xin的de熱re機ji內nei燃ran機ji。內nei燃ran機ji的de使shi用yong

，使shi機ji械xie工gong業ye發fa生sheng了le翻fan天tian覆fu地di的de變bian化hua引yin起qi了le能neng源yuan結jie構gou的de一yi次ci又you一yi次ci變bian化hua，石shi油you開kai始shi登deng上shang了le曆li史shi舞wu台tai。1859年(nian)美(mei)國(guo)開(kai)始(shi)石(shi)油(you)鑽(zuan)探(tan)。石(shi)油(you)與(yu)煤(mei)炭(tan)的(de)競(jing)爭(zheng)加(jia)速(su)了(le)世(shi)界(jie)工(gong)業(ye)化(hua)的(de)進(jin)程(cheng)，特(te)別(bie)是(shi)第(di)二(er)次(ci)世(shi)界(jie)大(da)戰(zhan)結(jie)束(shu)後(hou)，中(zhong)東(dong)一(yi)帶(dai)的(de)石(shi)油(you)大(da)量(liang)開(kai)發(fa)，廉(lian)價(jia)石(shi)油(you)使(shi)發(fa)達(da)國(guo)家(jia)的(de)經(jing)濟(ji)像(xiang)吹(chui)氣(qi)球(qiu)似(si)地(di)膨(peng)脹(zhang)起(qi)來(lai)。天(tian)然(ran)氣(qi)已(yi)經(jing)開(kai)始(shi)在(zai)能(neng)源(yuan)領(ling)域(yu)發(fa)揮(hui)作(zuo)用(yong)，相(xiang)信(xin)氫(qing)能(neng)將(jiang)和(he)天(tian)然(ran)氣(qi)一(yi)樣(yang)在(zai)能(neng)源(yuan)領(ling)域(yu)發(fa)揮(hui)作(zuo)用(yong)。

三
、新(xin)能(neng)源(yuan)替(ti)代(dai)舊(jiu)能(neng)源(yuan)的(de)過(guo)程(cheng)阻(zu)力(li)你(ni)或(huo)許(xu)要(yao)問(wen)
，既(ji)然(ran)氫(qing)能(neng)是(shi)未(wei)來(lai)的(de)趨(qu)勢(shi)，為(wei)什(shen)麼(me)這(zhe)麼(me)難(nan)推(tui)動(dong)呢(ne)？這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)目(mu)前(qian)氫(qing)能(neng)技(ji)術(shu)還(hai)處(chu)在(zai)大(da)規(gui)模(mo)應(ying)用(yong)的(de)前(qian)夕(xi)，要(yao)與(yu)現(xian)有(you)的(de)能(neng)源(yuan)技(ji)術(shu)競(jing)爭(zheng)，氫(qing)能(neng)還(hai)需(xu)要(yao)提(ti)高(gao)技(ji)術(shu)水(shui)平(ping)、降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。其(qi)實(shi)更(geng)大(da)的(de)阻(zu)力(li)來(lai)自(zi)人(ren)們(men)本(ben)身(shen)的(de)習(xi)慣(guan)性(xing)思(si)維(wei)

，我(wo)們(men)回(hui)顧(gu)人(ren)類(lei)能(neng)源(yuan)曆(li)史(shi)就(jiu)清(qing)楚(chu)了(le)。人(ren)類(lei)利(li)用(yong)能(neng)源(yuan)的(de)簡(jian)史(shi)就(jiu)是(shi)能(neng)源(yuan)技(ji)術(shu)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)，新(xin)能(neng)源(yuan)替(ti)代(dai)舊(jiu)能(neng)源(yuan)的(de)過(guo)程(cheng)。在(zai)這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)中(zhong)
，新(xin)能(neng)源(yuan)的(de)利(li)用(yong)總(zong)是(shi)受(shou)到(dao)各(ge)種(zhong)阻(zu)礙(ai)。從(cong)人(ren)類(lei)曆(li)史(shi)上(shang)三(san)次(ci)大(da)的(de)能(neng)源(yuan)替(ti)換(huan)來(lai)看(kan)，每(mei)次(ci)能(neng)源(yuan)替(ti)換(huan)中(zhong)對(dui)新(xin)能(neng)源(yuan)的(de)偏(pian)見(jian)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)於(yu)以(yi)下(xia)幾(ji)個(ge)方(fang)麵(mian)：

1、產業結構改變會使一部分人的利益受損在能源替換過程中，能源結構的變化將促使相關產業的結構發生變化。18shijiwatefamingleyimeitanweinengyuandezhengqiji，quelilemeitandenengyuanzhujiaodiwei。suihouyingguojinxinglechanyegeming，shijiegongyejiegousuizhifashenglezhongdabiange，daliangdedonglijixiezhujiantidaileshougongyeshengchanfangshi。fangzhiyedongliyouyuanlaiderenliheshuilibianweiyimeitanweinengyuandezhengqidongli，zheshidedaliangjiuyoudeshougongfangzhigongchangyouyushengchanxiaolvdixiaerbeitaotai
，daliangfangzhigongrenshiye。zhexieshiyegongrenyouyunengyuanjiegoubiangeershidezishenliyishousun
，yinerduizhengqijiheyimeiweizhuyaonengyuanchifanduitaidu。zaiyingguozengfashengleduoqigongrenjuzhongshiwei
，daohuijiqideshijian。zainengyuantihuanguochengzhongjiaotongyunshuyeyexunsufazhan，huoche、汽車、輪船使原有的運輸工具如馬車、fanchuandengbeitaotai
，danzheyeshixinnengyuandeliyongshoudaoguozuai。liru
，renmenzengjupahuochehezhengqilunchuanjiangshisiyangmaderenheyanhaihuoyunchuanzhupochan
，erfanduishiyongzheliangzhongxindejiaotonggongju。

2、能源使用中(尤其是最初使用時)deanquanwentinengyuanshiyongzhongdeanquanwentishiduixinnengyuanchanshengpianjiandeyouyidayuanyin。zhongguodemeitankuangnanshigubuduanfasheng
，zaochenglezhongdaderenyuanshangwanghecaichansunshi。zuijindeyicishi2007年12月5日山西洪洞縣煤礦瓦斯爆炸事故致使105名ming礦kuang工gong死si亡wang
，以yi致zhi山shan西xi省sheng代dai省sheng長chang孟meng學xue農nong代dai表biao該gai省sheng政zheng府fu向xiang國guo務wu院yuan做zuo檢jian討tao並bing請qing求qiu處chu分fen。其qi實shi煤mei礦kuang開kai采cai中zhong的de安an全quan問wen題ti在zai人ren們men大da規gui模mo利li用yong煤mei的de初chu期qi就jiu已yi經jing出chu現xian了le。1913年10月14日，英國威爾士森亨尼特通用煤礦發生煤礦粉塵大爆炸
，使整個礦井燒了起來，439名礦下工作的礦工被燒死

，這是英國采礦史上最慘重的一次災難。在石油的使用過程中
，也存在巨大的安全問題。1997年6月4日上午，“大慶243”號油輪在南京水域因為靜電引發爆炸
，造成包括船長在內的7人死亡
，遇難人員連屍體都沒找到。再說核能，著名的切爾諾貝利核事故(1986年4月25日，切爾諾貝利核電站核燃料芯體溫度升高，失去控製發生爆炸，爆炸將整個電站建築物炸毀，在電站內和周圍有29人(ren)被(bei)炸(zha)死(si)。致(zhi)命(ming)的(de)放(fang)射(she)雲(yun)向(xiang)西(xi)在(zai)歐(ou)洲(zhou)擴(kuo)散(san)，盡(jin)管(guan)烏(wu)克(ke)蘭(lan)政(zheng)府(fu)采(cai)取(qu)了(le)疏(shu)散(san)城(cheng)市(shi)人(ren)口(kou)的(de)措(cuo)施(shi)，數(shu)以(yi)百(bai)計(ji)的(de)居(ju)民(min)還(hai)是(shi)得(de)了(le)嚴(yan)重(zhong)的(de)放(fang)射(she)病(bing)。全(quan)歐(ou)洲(zhou)受(shou)到(dao)核(he)輻(fu)射(she)汙(wu)染(ran)的(de)食(shi)品(pin)
、作物和牲畜都必須毀掉)極大地阻礙了核能的利用。同樣的，在水電的開發利用過程中，建壩造水庫存在著泥沙淤積
、對魚類及生物多樣性的影響、下(xia)遊(you)水(shui)文(wen)及(ji)地(di)理(li)現(xian)象(xiang)的(de)改(gai)變(bian)等(deng)許(xu)多(duo)問(wen)題(ti)，這(zhe)也(ye)使(shi)得(de)對(dui)發(fa)展(zhan)水(shui)電(dian)的(de)質(zhi)疑(yi)之(zhi)聲(sheng)不(bu)斷(duan)增(zeng)強(qiang)。氫(qing)能(neng)也(ye)是(shi)一(yi)樣(yang)，雖(sui)然(ran)還(hai)沒(mei)有(you)發(fa)生(sheng)什(shen)麼(me)事(shi)故(gu)
，人(ren)們(men)的(de)習(xi)慣(guan)思(si)維(wei)還(hai)是(shi)不(bu)斷(duan)質(zhi)疑(yi)氫(qing)能(neng)的(de)安(an)全(quan)問(wen)題(ti)。

3、chuantongxiguansiweiduixinnengyuandezuainengyuantihuandailaidechanyejiegoubianhuagaibianlerenmenguyoudeshenghuo

，congerduiyixiechuantongxiguanhesiweifangshizaochenglechongji，erzhexiechuantongxiguanhesiweifangshiyezaimouzhongchengdushangzuaizhexinnengyuanhexiangguanjishudefazhan。liru，1865年，英國人杜蘭德在北京城外修了一條僅500michangdezhaiguixiaotielu
，bingqieshixinglexiaohuoche。shuizhiqidiyixiang，jingchengrenxinlijiuchongmanlekongjuhejingcha
，zhejianshijingdonglejingchengdewenwubaiguan
，zuihouzhetiaoxiaotielubeiqingchaozhengfuqiangxingchaihui。zaiqingmo，bushaodifangdecunminjiushiyinweijiaodezhengqijihuotielufangaifengshuibianjilizuaijianlixingongchang、xiujianxintielu。youcikejian，xinnengyuandedaguimokaifaheliyongbingbushiyifanfengshunde，zheyidianduiyuqingnengyeshiruci。qianwenyijingshuoguo，qingnengzuoweiyizhongxinxingdeercinengyuan，tajubeiqitanengyuansuomeiyoudeyixietedian：來源豐富，因為地球上的氫主要以化合物的形式存在，而水是地球的主要資源，地球表麵的70％以上被水所覆蓋；氫能使用過程無汙染，利用低溫燃料電池、通過電化學反應將氫轉化為電能和水的過程中不排放二氧化碳和氮氧化物，沒有任何汙染；氫能還可儲存、可再生，氫氣可以像天然氣一樣被大規模儲存。氫通過化學反應產生電能(或熱能)並生成水，而水又可以由電解再轉化為氫和氧
，從而不斷循環。但是，目前氫能的發展中麵臨著比以往的能源更多的困難：氫能技術的發展一方麵受到傳統利益的阻礙，另一方麵也有其他新能源的競爭；傳統能源的開發利用模式也阻礙著對氫能技術的投入。

四
、不是結束的結束語盡管通過幾代人的努力，我國的氫能已經不是一張白紙：我國是世界氫氣生產大國，年產量已達1000多萬噸。世界最大的煤製氫工廠不久將在我國神華集團投產。我國變壓吸附(PSA)提純氫氣的能力，已經高達每小時20萬立方米氫，跨入國際先進行列!我國電解水製氫設備已具備規模化生產能力，並已經可以出口發達國家。國內已經可以生產國際標準的35MPa壓力的輕質儲氫罐，而我國儲氫合金的生產能力處於世界先進之列。我國自製的燃料電池車在國際“必比登新能源汽車大賽”中(zhong)多(duo)次(ci)得(de)獎(jiang)，氫(qing)氣(qi)內(nei)燃(ran)機(ji)汽(qi)車(che)也(ye)在(zai)研(yan)發(fa)中(zhong)，但(dan)是(shi)我(wo)國(guo)的(de)氫(qing)能(neng)發(fa)展(zhan)還(hai)是(shi)處(chu)於(yu)重(zhong)重(zhong)困(kun)難(nan)之(zhi)中(zhong)。針(zhen)對(dui)氫(qing)能(neng)發(fa)展(zhan)中(zhong)的(de)這(zhe)些(xie)困(kun)難(nan)，應(ying)該(gai)說(shuo)，有(you)的(de)是(shi)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan)來(lai)克(ke)服(fu)的(de)，如(ru)氫(qing)能(neng)的(de)獲(huo)得(de)和(he)安(an)全(quan)等(deng)問(wen)題(ti)；有的需要在批量生產中加以解決，如氫能的成本；有的則完全是傳統習慣勢力的偏見，應當製定積極的政策加以克服。

其實氫能並非完全沒有應用市場，事實上天然氣／氫氣燃料內燃機汽車、燃料電池特種車輛、燃料電池不間斷電源、氫氧混合火焰切割機等已經具備和傳統設備競爭的能力
，它們的市場已經在那裏，就看你是否獨具慧眼。