无尽的水中包含着无尽的能源——氢能

落魄狭

世界上最著名的科幻大师儒勒•凡尔纳1870年在科幻小说《神秘岛》中写道：
“他们究竟是不是烧煤？ ”
“水” 哈丁回答。
“水！？水作为燃料的轮船和引擎？ ”
“是的，但水会分解成它的原始元素” ，赛勒斯•哈丁回答：“水先分解，然后产生电力，成为一个强大的和可调控的能量。是的，我的朋友，我认为，水终将有一天会成为燃料，那是因为氢气和氧气的缘故。因为氢气和氧气的单独或共同使用，将会提供用之不竭的热能，这是煤炭都没有的能力。终会有某一天，轮船和机车公司的招标会，买的将不再是煤，而是储存着这两种物质的压缩气体，这将为燃烧炉产生巨大的能量。因此，没什么可怕的。我相信，当煤炭已经用尽，水将成为煤炭的未来。”
多么伟大的科幻大师啊！100多年以前就已经认识到氢能的利用！
从小我们就知道，氢气球里面充的是氢气，因为氢气比空气轻，所以它能带着气球上升到高空。可是，我们还不知道的是，这个氢气实际上也是一种非常优秀的能源，它有着极高的燃烧效率，而且燃烧后和氧气反应变成水，完全无污染，是非常清洁环保的能源。可是，这么优秀的能源却因为它的化学结构不稳定，很容易与其他化学元素结合而在自然界中并没有单独的氢存在。我们要利用氢做能源，就必须把它从氢化合物中分离出来。而这分离氢最佳的原料就是水！
就像前面所说的，地球上有大量的水，而水是由氧原子和氢原子构成，一旦能找出一种实用技术把水分子中的氧和氢分离，获得氢气，那能源就不再成为问题。我们将获得无穷无尽的可以作飞机、汽车、发电厂的燃料，也可以用作推动火箭动力的新能源——氢。
    从古至今，人们都没有放弃对氢的研究和利用。
    古代，秦始皇统一中国，他想长生不老，曾积极支持炼丹术。其实炼丹术士最早接触的就是氢的金属化合物。无奈多少帝王梦想长生不老，或幻想遨游太空，都受当时的科学技术水平所限，真是登天无梯。到后来，1869年俄国著名学者门捷列夫整理出化学元素周期表，他把氢元素放在周期表的首位，此后从氢出发，寻找与氢元素之间的关系，为众多的元素打下了基础，人们则氢的研究和利用也就更科学化了。至1928年，德国齐柏林公司利用氢的巨大浮力，制造了世界上第一艘“LZ—127齐柏林”号飞艇，首次把人们从德国运送到南美洲，实现了空中飞渡大西洋的航程。大约经过了十年的运行，航程16万多公里，使1.3万人领受了上天的滋味，这是氢气的奇迹。
　　然而，更先进的是本世纪50年代，美国利用液氢作超音速和亚音速飞机的燃料，使B57双引擎辍炸机改装了氢发动机，实现了氢能飞机上天。特别是1957前苏联宇航员加加林乘坐人造地球卫星遨游太空和1963年美国的宇宙飞船上天，紧接着1968年阿波罗号飞船实现了人类首次登上月球的创举。这一切都依靠着氢燃料的功劳。面向科学的21世纪，先进的高速远程氢能飞机和宇航飞船，商业运营的日子已为时不远。过去帝王的梦想将被现代的人们实现。
事实上，现在世界各国都在研究氢能的利用技术，除了前面所说的人造光合作用是在这方面的探讨以外，还有氢燃料电池、家庭制氢、工业制氢等技术都在不断前进。
化学元素氢，在元素周期表中位于第一位，它是所有原子中最细小的。众所周知，氢原子与氧原子化合成水，但氢通常的单质形态是氢气（H2），它是无色无味，极易燃烧的双原子的气体，氢气是最轻的气体。在0摄氏度和一个大气压下，每升氢气只有0.0899克重——仅相当于同体积空气重量的2/29。氢是宇宙中最常见的元素，氢及其同位素占到了太阳总质量的84%，宇宙质量的75%都是氢。
氢具有高挥发性、高能量，是能源载体和燃料，同时氢在工业生产中也有广泛应用。现在工业每年用氢量为5500亿立方米，氢气与其它物质一起用来制造氨水和化肥，同时也应用到汽油精炼工艺、玻璃磨光、黄金焊接、气象气球探测及食品工业中。
　　氢能在二十一世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。它是一种极为优越的新能源，其主要优点有：燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，演义了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。
　　目前液氢已广泛用作航天动力的燃料，但氢能的大规模的商业应用还有很多问题期待解决。
首先也是最重要的问题就是氢制备的成本问题。因为氢是一种二次能源，不象煤、石油和天然气等可以直接从地下开采。它的制取需要消耗大量的能量，而且目前制氢效率很低，因此寻求大规模的廉价的制氢技术是各国科学家共同关心的问题。
    在自然界中，氢已和氧结合成水，必须用热分解或电分解的方法把氢从水中分离出来。如果用煤、石油和天然气等燃烧所产生的热或所转换成的电支分解水制氢，那显然是划不来的。现在看来，高效率的制氢的基本途径，是利用太阳能。如果能用太阳能来制氢，那就等于把无穷无尽的、分散的太阳能转变成了高度集中的干净能源了，其意义十分重大。目前利用太阳能分解水制氢的方法有太阳能热分解水制氢、太阳能发电电解水制氢、阳光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等等。利用太阳能制氢有重大的现实意义，但这却是一个十分困难的研究课题，有大量的理论问题和工程技术问题要解决，然而世界各国都十分重视，投入不少的人力、财力、物力，并且业已取得了多方面的进展。因此在以后，以太阳能制得的氢能，将成为人类普遍使用的一种优质、干净的燃料。
　　其次，由于氢的不稳定性，需要有非常安全可靠的贮氢和输氢方法，一不小心，氢就会发生爆炸和燃烧，因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的关键。
  　早在1970年，美国通用汽车公司的技术研究中心就提出了“氢经济”的概念。1976年美国斯坦福研究院就开展了氢经济的可行性研究。20世纪90年代中期以来多种因素的汇合增加了氢能经济的吸引力。这些因素包括：持久的城市空气污染、对较低或零废气排放的交通工具的需求、减少对外国石油进口的需要、CO2排放和全球气候变化、储存可再生电能供应的需求等。氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，是人类的战略能源发展方向。世界各国如冰岛、中国、德国、日本和美国等不同的国家之间在氢能交通工具的商业化的方面已经出现了激烈的竞争。虽然其它利用形式是可能的（例如取暖、烹饪、发电、航行器、机车），但氢能在小汽车、卡车、公共汽车、出租车、摩托车和商业船上的应用已经成为焦点。
　　中国对氢能的研究与发展可以追溯到20世纪60年代初，中国科学家为发展本国的航天事业，对作为火箭燃料的液氢的生产、H2／O2燃料电池的研制与开发进行了大量而有效的工作。将氢作为能源载体和新的能源系统进行开发，则是从20世纪70年代开始的。现在，为进一步开发氢能，推动氢能利用的发展，氢能技术已被列入《科技发展“十五”计划和2015年远景规划》。
　　氢的利用还有一个举足轻重的方面，那就是氢燃料电池应用。这个技术，一直被认为是利用氢能，解决未来人类能源危机的终极方案。上海一直是中国氢燃料电池研发和应用的重要基地，包括上汽、上海神力、同济大学等企业、高校，也一直在从事研发氢燃料电池和氢能车辆。随着中国经济的快速发展，汽车工业已经成为中国的支柱产业之一。2007年中国已成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车市场。与此同时，汽车燃油消耗也达到8000万吨，约占中国石油总需求量的1/4。在能源供应日益紧张的今天，发展新能源汽车已迫在眉睫。用氢能作为汽车的燃料无疑是最佳选择。
　　虽然燃料电池发动机的关键技术基本已经被突破，但是还需要更进一步对燃料电池产业化技术进行改进、提升，使产业化技术成熟。这个阶段需要ZF加大研发力度的投入，以保证中国在燃料电池发动机关键技术方面的水平和领先优势。这包括对掌握燃料电池关键技术的企业在资金、融资能力等方面予以支持。除此之外，国家还应加快对燃料电池关键原材料、零部件国产化、批量化生产的支持，不断整合燃料电池各方面优势，带动燃料电池产业链的延伸。同时ZF还应给予相关的示范应用配套设施，并且支持对燃料电池相关产业链予以培育等，以加快燃料电池车示范运营相关的法规、标准的制定和加氢站等配套设施的建设，推动燃料电池汽车的载客示范运营。有ZF的大力支持，氢能汽车一定能成为朝阳产业。
　　以氢气代替汽油作汽车发动机的燃料，已经过日本、美国、德国等许多汽世公司的试验，技术是可行的，目前主要是廉价氢的来源问题。氢是一种高效燃料，每公斤氢燃烧所产生的能量为33.6千瓦小时，几乎等于汽油燃烧的2.8倍。氢气燃烧不仅热值高，而且火焰传播速度快，点火能量低（容易点着），所以氢能汽车比汽油汽车总的燃料利用效率可高20％。当然，氢的燃烧主要生成物是水，只有极少的氮氧化物，绝对没有汽油燃烧时产生的一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等污染环境的有害成分。氢能汽车是最清洁的理想交通工具之一。
　　氢能汽车要解决的最大问题就是如何供氢的问题。目前将以金属氢化物为贮氢材料，释放氢气所需的热可由发动机冷却水和尾气余热提供。现在有两种氢能汽车，一种是全烧氢汽车，另一种为氢气与汽油混烧的掺氢汽车。掺氢汽车的发动机只要稍加改变或不改变，即可提高燃料利用率和减轻尾气污染。使用掺氢5％左右汽油的汽车，平均热效率可提高15％，节约汽油30％左右。因此，近期多使用掺氢汽油的汽车，待氢气可以大量供应后，再推广全燃氢汽车。德国奔驰汽车公司已陆续推出各种燃氢汽车，其中有面包车、公共汽车、邮政车和小轿车。德国奔驰公司制造的掺氢汽车，可在高速公路上行驶，车上使用的储氢箱也是钛铁合金氢化物。
　　掺氢汽车的特点是汽油和氢气的混合燃料可以在空气稀薄的地区工作，能改善整个发动机的燃烧状况。在中国许当城市交通拥挤，汽车发动机多处于部分负荷下运行、采用掺氢汽车尤为有利。特别是有些工业余氢未能回收利用，若作为掺氢燃料，其经济效益和环境效益都是可取的。
　　此外，随着制氢技术的发展和化石能源的缺少，氢能利用迟早将进入家庭，首先是发达的大城市，它可以像输送城市煤气一样，通过氢气管道送往千家万户。每个用户则采用金属氢化物贮罐将氢气贮存，然后分别接通厨房灶具、浴室、氢气冰箱、空调机等等，并且在车库内与汽车充氢设备连接。人们的生活靠一条氢能管道，可以代替煤气、暖气甚至电力管线，连汽车的加油站也省掉了。这样清洁方便的氢能系统，将给人们创造舒适的生活环境，减轻许多繁杂事务。
当然，这一切的美好都要建立在能够廉价实用地制备氢这一技术基础之上，这还需要很长久的过程，但在知识爆炸的今天，并不是难以企及的。

claudio728

氢气就像石油一样，一旦开采的技术有了，估计有一天水都干涸了