氫能為什么被稱為21世紀最好的能源

 

 

是否有一種能源，在地球上儲量巨大、燃燒效率高并且沒有溫室氣體排放呢？有！而且很早就已經被發現，它就是氫能源。

 

氫燃燒時，主要生成水，不會產生一氧化碳、二氧化碳、粉塵顆粒等物質，氫能源清潔環保，是綠色的，是低碳的。

 

除了無污染之外，氫能源能量密度是很高的，天然氣、石油、煤這些能量都不及它。氫氣單位熱值高，是同質量汽油、柴油、天然氣等化石燃料熱值的2.8-4倍。另外，氫氣的轉化效率也遠超其他燃料，通過燃料電池，氫氣的能源綜合轉化效率可以達到85%，而汽油、柴油發動機的能源綜合轉化率僅有30-40%左右。

 

 

氫的儲量是巨大的。太陽給我們光明，是來自于氫的聚變反應。地球上的廣闊海洋，水就是氫元素和氧元素組成的。氫元素是宇宙中含量最豐富、最原始也最簡單的元素，占宇宙總質量的75%，如果按照原子個數來計算的話，氫原子的個數占宇宙總原子數的90%以上，地球上氫元素提取后釋放的熱量超出地球上所有化石燃料放出的熱量9000倍。

 

氫為什么至今未能大范圍應用呢？

 

因為氫元素很輕又很活潑，所以在地球只能以化合態存在，因此在制取、運輸和利用上難度大、成本高。

 

 

地球上本來沒有游離態的氫，就沒有現成的氫氣，需要分解帶氫的化合物，比如水，比如硫化氫等等。要把氫提取出來就比較困難。海洋里面有這么多水，但是你要把氫拿出來就要付出很大的代價，要注入很高的能量，才能把水分子的化學鍵打斷，把氫拿出來。因為氫氧鍵很難打斷，所以這么多年來一直進展很慢。要通過電解水，得到一立方米氫氣，需要差不多消耗4.5度電，這個成本就太高了。

 

 

另外，氫原子又輕、又小。氫的體積能量密度很低，要把它存儲運走就效率比較低。所以運輸它、儲存它，就要用高壓把它壓到一個小的空間里面，即便是高壓的鋼瓶，一瓶也就裝了幾十克氫，連1公斤都沒有。所以，如果要運輸儲存很多氫，需要的壓力和體積就大得不得了。還有其它的辦法運輸儲存氫，比如冷凍。降溫到零下253度，氫就會變成液體，液氫，1立方米的液氫如果全部變為氫氣，就變成800立方米。所以如果大規模運輸氫可以用管道，這是最便宜的。可是，因為氫作為能源來用是最近的事情，所以運儲氫氣的管道不是太多，全世界只有幾千公里。

 

氫能源，現在離我們有多遠呢？

 

 

現在，人類從化石資源里面來獲取氫源，這個技術已經算是成熟的。但是，要從水里面拿氫，還是有一定的困難。特別是用光、太陽能直接把水里面的氫拿出來，現在還是一個世界性的難題。如果氫取自于化石資源，因為在此過程中會排放二氧化碳，所以就把它叫為灰氫。人們追求是綠氫。用不產生碳的技術獲得氫，氫就是很干凈的，綠色的，就是綠氫。獲得綠氫，現在有光催化、光電催化等技術，但是目前效率還不足以大規模工業化。

 

在氫能源存儲和運輸方面，中國科學家已經在實驗室里做到了，用一種復合的建筑材料把氫吸進去，而且吸進的比例比較高。希望這種新進展能夠迅速地被證實、產業化。

 

有了氫如何用？

 

 

氫能源的主要開發利用方向是新能源汽車。氫燃料電池能量密度是鋰電池的一百多倍。續航能力優秀，一次充滿大約5分鐘，行駛距離可達到400公里以上。

 

中國氫能源的發展早已起步。以交通用氫為例，截至2020年底，全球有氫能源汽車大約3萬多輛，其中中國7000多輛。全球共有加氫站500座，其中中國128座。中國氫能源的開發和利用都居于世界前列。但是對于人口基數大、資源消耗量大的中國來說，這還遠遠不夠。如此清潔、高效的能源，應該在中國得到更好的應用。2019年，氫能源被首次寫入《政府工作報告》。2021年提出要統籌推進氫能“制儲輸用”全鏈條發展。

 

氫能源的廣泛應用勢在必行。