氫能：值得期待的未來清潔能源

　　毛宗強

　　“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、zhiwuyijirenleiwenhuayichandailaizainanxingdehouguo。ershichuantonghuashinengyuanhuohenengyuanranliaobeishaoshujigeguojiaguatoulongduandeqingkuangzhengbuduanjiaju，zhebuliyudaduoshuguojialiyongnengyuan。jiejueshangshuwentidefanganbushao，danshiqingnengweizuiyoufangan
，tajiangweirenleitigongzugoudeqingjienengyuan。”這是國際氫能界的主要科學家在2006年11月13日聯名向八國集團領導人以及聯合國相關部門負責人提交的《百年備忘錄》中所說的一段話。

　　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呢？

　　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，人類社會的發展是隨著能源的進步而進步的。能源不僅為人類提供了基本需求如光和熱
，還讓我們能在空中
、地麵、水上甚至星際間長距離旅行。

　　“鑽木取火”是人類利用柴薪的開始。從有史以來到公元1800年

，人類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發明之時
，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，煤炭才迅速代替了木材，成為世界能源的主角。

　　隨著汽車的發明和普及，人們又發現石油是比煤更方便、更(geng)有(you)效(xiao)的(de)一(yi)種(zhong)能(neng)源(yuan)，於(yu)是(shi)石(shi)油(you)在(zai)能(neng)源(yuan)舞(wu)台(tai)上(shang)大(da)顯(xian)身(shen)手(shou)。再(zai)往(wang)後(hou)，天(tian)然(ran)氣(qi)也(ye)成(cheng)為(wei)人(ren)類(lei)生(sheng)活(huo)中(zhong)重(zhong)要(yao)的(de)能(neng)源(yuan)。不(bu)難(nan)看(kan)出(chu)，人(ren)類(lei)在(zai)經(jing)曆(li)了(le)柴(chai)薪(xin)時(shi)代(dai)


、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。

　　化石能源的尷尬處境

　　1770年nian
，瓦wa特te發fa明ming蒸zheng汽qi機ji
，標biao誌zhi著zhe第di一yi次ci工gong業ye革ge命ming的de開kai始shi，煤mei作zuo為wei能neng源yuan起qi了le無wu可ke替ti代dai的de推tui動dong作zuo用yong。不bu過guo
，瓦wa特te根gen本ben無wu法fa想xiang像xiang他ta天tian才cai的de發fa明ming
，以yi及ji在zai他ta之zhi後hou的de各ge式shi各ge樣yang、形形色色的蒸汽機向大氣排放的CO2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，CO2和其他化學物質在大氣中逐漸被積累，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。

　　在過去的許多年
，天文數字般的CO2被排放到大氣中，大氣中二氧化碳的濃度一直在增加。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CO2像溫室的玻璃一樣，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

，極地冰層溶解，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時期所付出的代價。此外，冰川大量融化所引起的氣候變化會導致全球六分之一的人口嚴重缺水，40%以上的野生物種滅絕
，並造就多達兩億的“環境難民”。

　　眾所周知，含碳的燃料在空氣中燃燒會產生熱量，燃燒的副產物除CO2和水蒸氣外，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NOX。NOX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SOx，SOx與雨水結合形成硫酸，即我們所說的“酸雨”。“酸雨”會嚴重地危害動植物生長
，從而直接或間接地危害人體健康
；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、名勝古跡會造成很大危害。“酸雨”帶給社會經濟的損失是不言而喻的。

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

　　化石能源，特別是煤的使用，不但會給煤使用地區帶來汙染，而且給煤的生產地區也會帶來河流汙染
、地麵塌陷等災難；石油天然氣的開采也往往會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。

　　chengyehuashinengyuan，baiyehuashinengyuan，tashidiqiuhuanjingwurandezhongyaogenyuan。suoyi，weilewomendediqiu，weilewomendehoudai，yaojinliangshaoyonghuashinengyuan，tongshishiyongtidainengyuan。

　　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)了(le)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)人(ren)類(lei)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)。

　　而用氫代替目前所用的燃料是惟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，給氫能提供了展示優勢的機會。

　　《百年備忘錄》中提到過“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qing氣qi不bu是shi一yi次ci能neng源yuan，自zi然ran界jie中zhong不bu存cun在zai純chun氫qing，隻zhi能neng通tong過guo分fen解jie含han氫qing化hua合he物wu得de到dao
，地di球qiu上shang最zui多duo的de含han氫qing化hua合he物wu就jiu是shi水shui。那na麼me，分fen解jie水shui的de能neng量liang從cong何he而er來lai？人ren們men自zi然ran而er然ran地di想xiang到dao了le太tai陽yang—太陽能對環境無害
，但有很強的區域性和時間性。在某一時段

，有的地方有太陽，有的地方卻沒有；即使在有太陽的地方，太陽光的強度早晨、中午、晚上也會有很大的變化。這樣，我們必須要在太陽光強度高的時候儲存太陽能，以便在沒有太陽光時再利用。

　　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）；然後用管道輸送氫，就像今天輸送天然氣一樣
，供燃料電池發電。清華大學核能與新能源技術研究院的科學家們目前正在開展此類“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。其實，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

　　大約在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、氫氣的安全，擔心能否為人們所接受等等，其實這些都是人們過慮了。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美好
、更舒適。

　　任ren何he變bian革ge的de第di一yi步bu往wang往wang都dou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要yao邁mai出chu這zhe一yi步bu
，必bi須xu要yao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。