氫經濟

似乎每天的新聞中都會有關於燃料電池汽車的報道。這些許諾十分誘人，因為燃料電池可以使汽車功率成倍增長，同時又能大大減少空氣污染。

同時，近幾十年來，一直都有有關石油的相關報道。從石油泄漏到臭氧層警報再到全球變暖，這些問題全都歸咎於我們對礦物燃料的依賴。

這兩股力量正引導世界走向眾所周知的氫經濟。如果預測正確，那麼在接下來的幾十年裡，我們將見證一場了不起的變革：從今天的礦物燃料經濟走向更為清潔的氫經濟時代。

我們的社會果真能完成這一轉變嗎？或者技術、經濟和政策上的障礙會使我們在下個世紀以及更遙遠的未來仍然依賴於石油和其他礦物燃料？在本文中，您將了解到氫經濟的優越性以及它的潛在問題。我們還將分析一些可以促進向氫經濟轉變的技術。

目前，美國和世界上的大多數國家/地區都依賴所謂的礦物燃料經濟。我們的汽車、火車和飛機幾乎完全以汽油、柴油等石油產品為燃料。絕大部分的發電廠也是以石油、天然氣和煤作為燃料。

如果美國的礦物燃料進口渠道被切斷，美國經濟將陷於停頓。工廠生產出來的產品將無法運輸。人們將無法開車上班。整個經濟，也可以說整個西方社會，現在都依賴於礦物燃料。

社會發展到今天，礦物燃料發揮了重要作用，但它同時也產生了以下四個嚴重問題：

空氣污染——如果汽車裡的汽油充分燃燒，那麼汽車排放的尾氣中將只含有二氧化碳和水。然而遺憾的是，內燃機並不完美。在汽油燃燒的過程中，還會產生：

一氧化碳——一種有毒氣體

氮氧化物——城市煙霧的主要來源

未燃燒的碳氫化合物——城市臭氧的主要來源

催化轉化器可以消除大部分此類污染，但是也無法徹底解決問題。汽車和發電廠造成的空氣污染在大城市中是一個嚴重問題。

現在的情況已經非常嚴重——在夏季，許多城市空氣中的臭氧濃度都已超標。

環境污染——如果在運輸和儲存石油的過程中出現任何差錯，都會對環境產生巨大影響。石油泄漏、管線爆炸或油井火災都會造成大混亂。艾克森·瓦爾迪茲號 (Exxon Valdez) 石油泄漏事件是這方面問題的最著名的例子。但是，小的漏油事故也在不斷發生。

全球變暖——汽車每燃燒3.8升汽油，將向空氣中排出大約2.3公斤二氧化碳。如果是固體碳，這將一目了然——這等同於每燃燒3.8升汽油，就向車窗外扔出一袋2.3公斤重的碳。但是由於這2.3公斤的碳是以看不見的二氧化碳氣體形式釋放的，因此就被大多數人忽略了。從每輛汽車的排氣管排出的二氧化碳是一種溫室氣體，它會使地球溫度緩慢升高。雖然其最終效應還不確定，但是它最終很有可能造成劇烈的氣候變化，從而影響到地球上的每一個人。例如，氣溫升高會導致冰川融化，海平面顯著上升，洪水泛濫並摧毀現今的所有沿海城市。這是一個很大的副效應。

依賴性——美國和其他大多數國家/地區都無法生產足夠的石油以滿足需求，因此它們需要從石油資源豐富的國家/地區進口石油。這就產生了經濟上的依賴性。當中東的石油生產國決定提高石油價格時，其他國家和地區幾乎別無選擇，只能支付更高的價格。

消除礦物燃料引起的污染——如果在燃料電池中使用氫來產生動力，那麼這將是一種完全清潔的技術。唯一的副產物是水。氫也不會有類似於石油泄漏這樣的環境危險。

消除溫室氣體——如果氫來自於水的電解反應，那麼就不會向環境排放溫室氣體。這將是一個完美的循環——水經過電解反應產生氫，氫在燃料電池中與氧重新結合生成水，同時產生動力。

消除經濟依賴性——不再使用石油意味著無需依賴中東國家及其石油儲備。

分散式生產——只要有電和水，就可以在任何地方生產氫。使用較為簡單的技術，人們甚至可以在家裡製造氫。

礦物燃料經濟造成的問題如此嚴重，而氫經濟的環境優越性又是如此顯著，因此，向氫經濟轉變的推動力非常強大

氫經濟的一個比較有趣的問題就是氫本身。氫從哪裡來？在礦物燃料經濟中，只要把礦物燃料從地下抽出來（請參閱石油鑽探揭秘），然後進行煉製（請參閱如何進行石油精鍊），就可以作為能源利用了。

我們大多數人都認為石油、汽油、煤和天然氣是唾手可得的，但事實上它們的形成是非常奇妙的。這些礦物燃料實際上是幾百萬年以前儲存起來的太陽能。幾百萬年以前，植物利用太陽能來促進生長。植物死亡后，最終轉化為石油、煤和天然氣。從地下抽取石油時，我們相當於打開了這一巨大的、“免費”的太陽能倉庫。燃燒每一升汽油，我們都是在釋放其中儲存的太陽能。

在氫經濟中，沒有這樣的倉庫可以讓我們打開。我們必須去實時地創造能源。

氫有兩種可能的來源：

水電解——利用電流，可以很容易地把水分子分解為純凈的氫和氧。該方法的一個重要優勢是沒有場地限制。例如，您可以在車庫裡放一個箱子，接上自來水來製造氫，然後用製造出來的氫作為汽車燃料。

重整礦物燃料——石油和天然氣中均含有碳氫化合物，其分子由氫和碳構成。利用一種被稱為燃料處理器或重整器的裝置，可以較為容易地將碳氫化合物中的氫和碳分離開來，從而利用其中的氫。剩餘的碳以二氧化碳的形式排放到大氣中。

當然，第二種方案有點兒荒謬。因為它把礦物燃料作為氫經濟中的氫源。這種方法減少了空氣污染，但是它既沒有解決溫室氣體問題（因為仍然有碳進入大氣層），也沒有解決依賴問題（還是需要石油）。然而，在向氫經濟轉變的過程中，這可能是一個很好的臨時性措施。您目前聽到的汽車公司正在研製的“燃料電池動力汽車”，幾乎全部都打算使用重整器從汽油中獲得燃料電池所需要的氫。之所以如此，是因為汽油是一種容易獲得的氫源。在“氫站”能夠像現在的加油站一樣遍布每個街角之前，這是獲取氫以便為汽車的燃料電池提供動力的最簡單方法。

第一種方案的有趣之處在於它是真正的氫經濟的核心。要想實現純粹的氫經濟，必須通過可再生能源而不是礦物燃料來獲得氫。只有這樣，我們才能停止向大氣中釋放碳。目前，實現氫經濟的最大困難在於：如何獲得足夠的電力來從水中分離氫並且不使用礦物燃料來發電？

電解水所需的電力將從何而來？目前，美國大約68%的發電量來自於煤和天然氣。在氫經濟中，這一部分發電能力必須全部用可再生能源實現。另外，現在用於運輸業（包括小汽車、貨車、火車、輪船和飛機）的所有礦物燃料能源也都必須用氫來替代，而這些氫也要通過電力來產生。換句話說，美國的發電能力必須成倍增長，以滿足運輸業的需求。同時，用於發電的礦物燃料也要全部用可再生能源來代替。到那時，也只有到那時，我們才能停止向大氣中排放碳。

目前，不使用礦物燃料發電的方法有以下幾種：

水力發電

太陽能電池

風能發電

海浪和潮汐發電

熱電聯產（例如，鋸木廠可以通過燃燒樹皮產生能量，而垃圾填埋場可以通過燃燒腐爛的垃圾所產生的沼氣產生能量。）在美國，目前大約20%的電力來自核能，7%的電力來自水力發電。只有5%的電力來源於太陽能、風能、地熱和其他能源。

將來，要實現氫經濟，除了一些技術突破之外，還需要滿足以下兩個條件之一：核能或太陽能發電能力大幅度提高。別忘了，在純粹的氫經濟中，發電量必須比現在增加近一倍，因為運輸業目前利用的所有來源於石油的能源都必須用電解產生的氫來代替。因此，發電廠的數量要翻番，並且所有礦物燃料發電廠都將被取代。

發電問題可能是氫經濟所面臨的最大障礙。一旦技術得到完善並且變得經濟實用，那麼在十到二十年之內，以氫為動力的燃料電池汽車就將取代汽油內燃機。但是，利用核能和太陽能發電可能不是那麼容易：核能容易引起政治和環境問題，而目前的太陽能受到成本和地理位置的限制。

目前，將純粹的氫燃料汽車投入使用的關鍵問題是氫的儲存和運輸問題。氫在常態下是一種體積龐大的氣體，所以它不像汽油那樣容易使用。壓縮氫氣需要消耗能量，而且壓縮后的氫所能提供的能量也大大低於相同體積的汽油。然而，解決氫的儲存問題的方案已經出現。

例如，氫可以以固態形式儲存在一種名為硼氫化鈉的化學物質中，最近的新聞中已經報道了這一技術，因為克萊斯勒公司正在對其進行測試。這種化學物質是用硼砂（許多清潔劑的常見成分之一）製造的。當硼氫化鈉釋放其中含有的氫之後，又重新轉化為硼砂，從而實現了循環利用。

一旦儲存問題得以解決並且能夠標準化，就必須圍繞它來建立氫站網路以及用於運輸氫的基礎設施。這一工作的主要障礙可能是技術篩選過程。只有研究出一種能被市場普遍接受的儲存技術，氫站才會迅速發展起來。例如，如果所有製造商生產的所有氫能汽車都使用硼氫化鈉，那麼氫站網路可能會迅速發展；然而，歷史經驗表明，這種標準化迅速出現的可能性並不大。

也有可能出現技術上的突破，從而迅速改變競爭形勢。例如，如果有人能夠研製出一種價格低廉的、可再充電且充電時間短的大容量電池，那麼電車就不再需要燃料電池，也沒有必要使用氫了。那時，汽車將可以直接充電。

在未來幾個月內，您將會聽到越來越多關於氫經濟的新聞，因為利用氫的呼聲日漸高漲。礦物燃料經濟所造成的環境問題，再加上燃料電池技術方面的突破，將推動我們邁出走向氫經濟的第一步。

我們將看到的最明顯的進步是燃料電池汽車的市場化。儘管它們最初是由汽油和重整器提供動力，但是相對於內燃機而言，燃料電池有兩個重大改進：效率大約提高了一倍。

可以大大減少空氣污染。

由於具有上述優勢，用汽油提供動力的燃料電池汽車將是一種絕佳的過渡性產品。

實現純粹的氫經濟任重而道遠。發電廠必須改用可再生能源，而市場必須就如何儲存和運輸氫達成一致。這些障礙可能使向氫經濟的轉變成為一個相當漫長的過程。

[1]博聞網 http://auto.bowenwang.com.cn/hydrogen-economy4.htm

[2]博聞網 http://auto.bowenwang.com.cn/hydrogen-economy1.htm

[3]博聞網 http://auto.bowenwang.com.cn/hydrogen-economy.htm