第4课　关注氢能发展氢能

１．老朋友、新能源。

　　人们对氢并不陌生，氢是我们的老朋友。大约２５０年前人们就发现了氢，约１５０年前就开始在工业中应用氢。城里人用来取暖、做饭和照明的煤气中，氢含量高达５０％～６０％。现代航天工业大量使用并依赖氢能。此外，氢在氨、甲醇合成、电子器件或玻璃生产等过程中也有着广泛的应用。

　　过去，人们对氢作为能源的认识并不深刻，今天，由于化石能源的资源日益枯竭，化石能源造成的污染危害日益严重，使得人们更加关注氢能。说氢能是人类未来的新能源，是因为氢能具备其它能源所没有的一些特点：

　　资源丰富。地球上的氢主要以化合物如水、石油、天然气等形式存在。水是地球的主要资源，地球表面的７０％以上被水所覆盖，即使在大陆，也有丰富的地表和地下水。水分子由两个氢原子和一个氧原子组成，１８公斤水就有两公斤氢。水就是地球上无处不在的“氢矿”。

　　获取途径多样。氢既可以通过各种化石燃料如天然气、煤、煤层气来制取，也可以用可再生能源如太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热或者二次能源（如电力）来开采。

　　清洁环保。利用低温燃料电池、通过电化学反应将氢转化为电能和水的过程中不排放二氧化碳和氮氧化物，没有任何污染。使用氢燃料内燃机，也是显著减少污染的有效方法。

　　可储存。氢气可以像天然气一样被大规模储存，这是氢能和电能、热能最大的不同之处。

　　可再生。氢由化学反应产生电能（或热能）并生成水，而水又可以由电解再转化为氢和氧，如此循环，永无止境。

　　此外，由于化石能源分布极不均匀，常常引起各国间的激烈争夺，甚至发生战争。而氢能既可再生又来源广泛，每个国家都有丰富的“氢矿”，因此氢能有“和平”能源的称号。

　　能源是我国可持续发展的基础。目前我国化石能源供求有巨大的缺口，以煤为主的能源结构对环境产生了严重影响。今后要建立能源供应和安全保障体系，改善能源利用对环境的影响，就不能不研究氢能，不能不利用氢能。

　　２．怎样使用氢？

　　现阶段氢能的主要使用方式是氢的直接燃烧和氢燃料电池的电化学转换。

　　——直接燃烧方式。燃烧纯氢气，其火焰温度超过２０００℃，一般的设备承受不了；氢火焰没有颜色，容易烧伤人，给使用带来不便。如果将氢按一定比例添加到天然气、汽油中作为民用生活燃料或汽车燃料，不必改变用户的任何设备，就能使氢大有用武之地。氢—天然气、氢—汽油、氢—柴油等混合燃料，因排放污染物少，成本低廉，易于推广，在近期更适合我国的国情，应该给予特别的重视。北京市目前有约３０００辆天然气公共汽车，预计到２００８年将有８０００辆天然气公共汽车，如果掺入２０％（体积）的氢，则相当于有千余辆燃烧纯氢的公共汽车，这将给首都的能源供应、环境保护带来相当大的好处。

　　——燃料电池方式。燃料电池是将氢的化学能转化为电能与热能的电化学装置。英国人威廉·格罗夫（ＷｉｌｌｉａｍＧｒｏｖｅ，１８１１—１８９６）是第一个试验燃料电池的人。燃料电池采用模块化能源转换器，运行时无噪音，结构紧凑，没有移动部件，无振动。燃料电池的效率很高，总的能源使用率在８０％以上。同时，以纯氢作燃料时，排放的是温暖的气体和水蒸气，根本不产生污染物。

　　氢燃料电池技术将引发一场汽车技术革命。采用燃料电池发动机作为汽车的动力之后，汽车的外形看似不变，但其内部结构发生了重大变化。燃料电池汽车根本没有常规的发动机、离合器、变速箱、传动轴、万向轴等，成千上万的汽车机械零件将被省略。如果说汽车工业的前１００年是内燃机的天下，那么今后将是燃料电池的舞台。据估计，目前，全球有６００—８００辆各式各样的燃料电池车正在试验中，有近百座氢燃料加注站投入运转。１９９９年，在德国的慕尼黑国际机场，一个机器人液体氢加氢站已经开始运行。可以推测，如一切顺利，完全由氢支持的陆地交通运输可望在２０３０年左右实现。

　　２０００年，我国汽车工业产值已超过３０００亿元。在未来２０年内，巨大的潜在需求将使汽车产销保持高速增长势头。在高度国际化竞争的汽车市场上，我国的传统内燃机汽车难以同发达国家竞争。而氢燃料电池车国内外都处在研究开发阶段，我们虽然有差距，但只要采取适当的机制，是可以突破障碍，实现跨越式发展的。发展氢能燃料电池汽车是我国汽车工业不可多得的机遇。

　　除用作汽车动力源之外，供电、供热是燃料电池的另一大消费市场。氢燃料电池技术已经对传统的供电、用电方式产生巨大影响。人们逐渐认识到目前的大规模集中式发电和远距离输电的缺点。美国加州大规模停电事件、科索沃战争石墨炸弹可以轻易地破坏电网等，使人们对大发电系统的安全性深感担心。同时，长距离输电的能耗也非常大。氢燃料电池的出现使每一栋楼房和每一家住户都可以成为发电的场所燃料电池系统可安装在任何地方　，由此，可减少发电和输电时的大量能源损耗，并可充分利用发电时产生的热能给住宅供暖、供应热水等。日本不少大公司，如大阪煤气、新日本石油等已经开发出家用１千瓦燃料电池热电设备，每个家庭都可以发电。科学家今天的共识是，大电网和分布式供电系统的联合，才是有效的能源利用模式。

　　３．氢安全吗？

　　作为一种新能源，人们担心它的安全性是完全可以理解的。事实上，从技术方面讲，氢的使用是绝对安全的。氢在空气中的扩散性很强，氢泄漏或燃烧时，可以很快地垂直上升到空气中并消失得无影无踪。氢本身没有毒性及放射性，不会对人体造成伤害，也不会产生温室效应。科学家已经作了大量的氢能安全实验，证明氢是安全的燃料。如在汽车着火实验中，分别将装有氢气和天然气的汽车燃料罐点着，结果氢气作燃料的汽车着火后，氢气剧烈燃烧，但火焰总是向上，对汽车的损坏较缓慢，车内人员有较长的时间逃生。而天然气作燃料的汽车着火后，由于天然气比空气重，火焰向汽车的四周蔓延，很快包围汽车，危及车内人员的安全。再如，用枪射击一个装满氢气的高压气瓶，会发生什么现象？如果你认为气瓶会爆炸，那就错了。实际情况是氢气会呼啸而出，没有火焰，没有爆炸，最后留下一个有弹孔的气瓶。科学、严格、系统的实验提供了氢能安全运行的条件和规程，只要你按规程去做，就没有一点危险。人们已经有过１００多年安全使用氢的经验，今天，更加有效的氢安全系统的整套设备已经商品化，我们还担心什么呢？

　　４．加强国际协作，推动我国的氢能发展。

　　我国是最有希望实现“氢能经济”的国家。燃料电池技术是使用氢能的最佳方法之一。目前，虽然氢燃料电池还未市场化，但各大公司已纷纷准备抢占我国市场。例如，通用汽车公司不但将该公司的氢燃料电池车运到我国来展示，而且还让我国观众亲自驾驶，体会燃料电池车的性能。戴姆勒－克莱斯勒公司、杜邦公司、福特汽车公司等纷纷在我国不同场合召开燃料电池研讨会和论坛，培育中国氢能市场。特别值得指出的是，２００４年５月在北京举行的“第二届国际氢能论坛”上，来自全世界２０个国家的５００多名政治家、实业家和科学家共聚一堂，讨论氢能的发展战略、氢能技术和氢能经济。我国自行研制的氢燃料电池公共汽车和德国的氢燃料电池车一起冒雨开过天安门，到达人民大会堂，引起国内外广泛关注。氢能发展的国际化动向，为我国提供了吸取国际经验的大好机会。我们应该积极参加世界氢能合作，从实际情况出发，发展我国的氢经济，同时推动世界氢经济的发展。在氢能源舞台上，发达国家和我们一样缺乏经验，我们完全有可能超越他们，利用“天时、地利、人和”，在世界能源舞台上，唱一出中国氢能大戏。