氫能經(jīng)濟(jì)：商業(yè)化之路還很遙遠(yuǎn)

　　目前很多人認(rèn)為，氫能源可以使人類從依賴礦物質(zhì)燃料的窘境中徹底解放出來，并將有效抑制空氣污染。由于大量潔凈能源的使用，世界能源市場不久將演變?yōu)闅涑鹘堑臍淠茉唇?jīng)濟(jì)。但實(shí)際上，就像人類現(xiàn)在還無法攻克癌癥一樣，氫燃料汽車不會很快步入我們的生活。
　　
　　在2004年美國總統(tǒng)大選中，布什和克里雖然分屬兩大陣營，但對氫經(jīng)濟(jì)卻持相同觀點(diǎn)，對未來燃料電池的應(yīng)用充滿信心。眾多環(huán)境學(xué)家和汽車制造商也對此推波助瀾，認(rèn)為美國能源政策下一個重要主題就是制定氫能源政策，推動氫能源的迅速應(yīng)用。一時間，氫能源經(jīng)濟(jì)似乎很快就會成為現(xiàn)實(shí)。這里歸納了有關(guān)氫能源和燃料電池的九大常見錯誤觀念，提醒人們對氫能源經(jīng)濟(jì)應(yīng)該有清醒的認(rèn)識，得出的結(jié)論是，氫能源經(jīng)濟(jì)不會很快在美國出現(xiàn)。

　　氫作為燃料在自然界大量存在

　　氫是宇宙中最常見的元素之一，光是太陽每秒鐘就燃燒6億噸的氫，但可惜的是，人類生活的地球并不存在大量的氫資源供人類直接利用，大量的氫原子都是與其他元素捆綁在一起以分子形式存在，如水就是由氫和氧兩種元素構(gòu)成的，氫的存在方式和石油完全不一樣。由于這種特殊的存在方式，我們要想利用氫原子作為能源，首先必須將氫分離出來之后才能制造出各種氫燃料電池，由于氫分離的過程首先要消耗能量，按照能量守恒定律，我們從這些氫燃料電池獲得的能量將永遠(yuǎn)不會超過氫分離過程中所消耗的能量。

　　世界現(xiàn)代燃料電池之父杰弗里將這種過程表述為：氫實(shí)際上只是一種流通手段，而不是一個首要的能量來源，它只是獲得能量的一個途徑，這個途徑將創(chuàng)造能量的部門和使用能量的部門聯(lián)系起來。

　　氫燃料電池將終結(jié)全球變暖

　　盡管氫燃料電池本身不會像內(nèi)燃機(jī)那樣向大氣中排放二氧化碳，但由于氫的存在方式具有特殊性，制造氫燃料電池的過程仍然無法避免污染。目前制造氫的工藝主要有兩種，一種是從天然氣中提取氫，這個過程本身仍然會向大氣中排放大量的二氧化碳，另一種是通過電解工藝從水中提取氫，由于這個過程需要大量的能源，如果這些能源來自于那些靠礦物質(zhì)燃料發(fā)電的電廠，這個過程依然是非常污染和不潔凈的。

　　此外，氫被制備出來以后，這些氫還要被壓縮和運(yùn)輸才能被最終使用，如果這些過程使用了傳統(tǒng)的礦物質(zhì)燃料，結(jié)果可想而知，與直接利用礦物質(zhì)燃料相比，我們使用氫燃料電池會向大氣中排放出更多的二氧化碳。

　　事實(shí)上，如果人類所駕駛的汽車所采用的氫燃料來源于天然氣或水的話，將會凈增加大氣中二氧化碳的排放量。盡管采用氫能源的汽車實(shí)現(xiàn)了零污染，就像電燈實(shí)現(xiàn)了零污染一樣，靠燃燒礦物質(zhì)發(fā)電的電廠卻從來不會實(shí)現(xiàn)零污染。

　　對于短期來說，應(yīng)用核能發(fā)電生產(chǎn)氫燃料可能是減少二氧化碳排放量的一種方法，這種方法理論上可以降低大氣中二氧化碳的排放量，但由于核能的應(yīng)用將引發(fā)核污染問題，專家們認(rèn)為，從長期的觀點(diǎn)來看，應(yīng)用核能生產(chǎn)氫燃料代價非常高，因此這個方法并不可取。

　　氫經(jīng)濟(jì)可依賴再生能源進(jìn)行生產(chǎn)

　　用太陽能和風(fēng)能這些可再生的能源去生產(chǎn)氫能源，理論上可以消除礦物質(zhì)燃料和核能所帶來的污染，但這里出現(xiàn)了一個新的問題，那就是可再生能源只能解決極小部分氫能源問題，對于氫能源經(jīng)濟(jì)來說等于杯水車薪。

　　1998年到2003年，美國風(fēng)能發(fā)電的能力增加了28%，達(dá)到6374兆瓦，大約可以滿足160萬個家庭用電的需求。到2020年，美國計劃使風(fēng)能發(fā)電能力達(dá)到全國6%的用電需求。如果美國所有汽車都使用氫燃料，則需要100萬個渦輪發(fā)電機(jī)組，光安裝這些發(fā)電機(jī)組就需要半個加利福尼亞才能裝得下，同樣，太陽能電池板也需要大面積的土地作為存身之處，才能實(shí)現(xiàn)發(fā)電。

　　水是氫生產(chǎn)過程中的另一個制約因子，太陽充足的地區(qū)往往水量很少，盡管非常適合太陽能發(fā)電，但并不適合生產(chǎn)氫能源。美國水資源研究所的數(shù)據(jù)表明，美國每年需要4.2萬億加侖的水才能滿足氫能源經(jīng)濟(jì)的需求，這大約相當(dāng)尼亞加拉瀑布每3個月的水量，為滿足氫能源經(jīng)濟(jì)，美國的水消耗總量將增加10%。

　　不用過分擔(dān)心氫氣的泄漏問題

　　氫氣是一種無色無嗅的氣體，它的燃燒過程幾乎不可見。加氣站發(fā)生小的泄漏事故并不易覺察，也許只有到火著到你的褲子時你才能發(fā)現(xiàn)它的存在。另一方面，壓縮氫氣并不需要很大的能量才能點(diǎn)燃，手提電話、閃電等的電火花就足以點(diǎn)燃?xì)錃狻１M管汽車油箱通過采用碳纖維強(qiáng)化技術(shù)可以有效防止泄露事故，但星羅棋布的加油站、管道和純化工廠卻很難完全消除泄漏隱患，氫的利用過程中最大的缺陷是它的氣體狀態(tài)，而我們目前大部分石油制品都是以液體狀態(tài)存在，這需要所有的基礎(chǔ)設(shè)施都要符合高壓氣體或者低溫液態(tài)氫的保存條件，這將大大增加這些基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜程度。氫是一種極難控制的物質(zhì)，它總是試圖通過最小的縫隙逃離限制。

　　美國加利福尼亞州技術(shù)和飛機(jī)推進(jìn)研究所對氫泄漏引發(fā)的環(huán)境問題進(jìn)行了研究，數(shù)據(jù)表明：如果美國所有的能源來源于氫燃料，假設(shè)所用的氫每年有10%－20%發(fā)生泄露，大氣當(dāng)中的氫原子則會增加4到8倍。盡管這種估計對氫的泄露有些夸大，但不管這個泄露量是多少，氫原子的泄露將會導(dǎo)致空氣中的氫原子與氧原子結(jié)合產(chǎn)生大量的水，這些大量懸浮在大氣中的水霧將會大大增加氣候變暖的程度。

　　氫燃料電池要首先用于汽車工業(yè)

　　解決氣候變暖將不會只從汽車開始，目前美國小汽車和輕型卡車的二氧化碳排放量只占總量的20%，而依靠礦物質(zhì)作為燃料的發(fā)電廠則每年排出40%的二氧化碳，制造汽車用的燃料電池不僅要符合苛刻的條件，而且還受重量和體積的限制。

　　解決環(huán)境變暖更好的解決方法是推遲制造使用氫燃料作動力的汽車，換之以使用氫燃料電池技術(shù)進(jìn)行發(fā)電。目前美國已經(jīng)有4家公司開始銷售他們的氫燃料電池發(fā)電裝置，但可惜的是，這4家公司的年發(fā)電量只有69兆瓦，不到美國全年總發(fā)電量944000兆瓦的0.01%。

　　美國正投巨資進(jìn)行氫能源研究

　　美國總統(tǒng)喬治•.布什承諾將花費(fèi)120億美元進(jìn)行氫能源的研究工作，然而，美國推行“健康婚姻”的預(yù)算就達(dá)到了150億美元；美國伊拉克戰(zhàn)爭每個月的花費(fèi)就達(dá)到了390億美元，到去年9月份，美國已為伊拉克戰(zhàn)爭花費(fèi)了12100億美元。事實(shí)上，2004年美國能源部在核能和礦物質(zhì)燃料方面的研究經(jīng)費(fèi)大大高于氫燃料的研究。

　　按照美國聯(lián)邦政府的計劃，美國聯(lián)邦政府將和美國三大汽車巨頭一道聯(lián)手進(jìn)行氫燃料的研究，他們計劃將在2008年推出第一輛樣車，而這些汽車何時能投入市場至今還遙遙無期。

　　專家預(yù)計，美國要想進(jìn)一步加強(qiáng)氫能源的研究，就必須加大對研究經(jīng)費(fèi)的投入。計算機(jī)模擬數(shù)字表明：如果美國40%的汽車使用氫燃料電池作為動力的話，建立氫能源經(jīng)濟(jì)的費(fèi)用將超過50000億美元。

　　如果目前以氫燃料作為動力的汽車數(shù)量沒有增加到一定程度的話，美國一些像殼牌這樣的大石油公司并不愿意對氫能源的生產(chǎn)、運(yùn)輸、加油設(shè)施和儲存裝置等進(jìn)行投入，而另一個窘境是，如果汽車駕駛員無法方便地找到補(bǔ)充氫燃料地點(diǎn)的話，汽車廠家也不愿意投巨資進(jìn)行氫燃料汽車的生產(chǎn)，汽車廠家認(rèn)為美國的加油站有1／3應(yīng)該提供氫燃料，否則他們不可能大規(guī)模生產(chǎn)氫燃料汽車。

　　美國加利福尼亞州計劃將在2010年以前在加州高速公路上設(shè)立150－200個加氣站，每個加氣站的造價高達(dá)50萬美元，按照這樣的預(yù)算，全美100775個加油站中如果25%改造成加氣站的話，造價高達(dá)130億美元。

　　冰島能做的事別國也能做

　　冰島第一個加氣站已經(jīng)在首都雷克雅未克的市郊進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)營，攜帶氫燃料的公共汽車開始走遍冰島的大街小巷，冰島的氫燃料都是通過電解水的方法獲得。此外，冰島還成立了由汽車制造商和電力公司組成的新能源聯(lián)盟，他們計劃把冰島整個國家變成一個完全使用氫燃料的系統(tǒng)。

　　然而這個令人稱道的計劃卻不具備推廣意義，因?yàn)楸鶏u72%的電力供應(yīng)來源于地?zé)岷退l(fā)電，由于有龐大的可利用的清潔能源供應(yīng)，冰島可以直接用全國電網(wǎng)進(jìn)行電解水生產(chǎn)氫燃料。對于美國來講，這是根本無法實(shí)現(xiàn)的事情，在美國，地?zé)岷退l(fā)電只占全國發(fā)電量的15%，高達(dá)71%的電力供應(yīng)來源于礦物質(zhì)燃料。

　　另一個問題是加氣站的數(shù)量問題，在冰島，16個加氣站就可以滿足全國的需要，而在美國，這個數(shù)量要增加90倍，需要1440個加氣站才能供應(yīng)全國的燃料需求，這些加氣站還要有非常合理的地區(qū)分布，并讓所有駕駛者都能知道加氣的地點(diǎn)。

　　采用氫燃料的車可做到物美價廉

　　簡單的大規(guī)模生產(chǎn)并不足以降低氫燃料汽車的價格，按照今天的燃料電池生產(chǎn)技術(shù)，即使達(dá)到50萬輛的生產(chǎn)能力，氫燃料汽車的價格仍是目前汽車價格的6倍。盡管通用汽車公司宣布將在2010推出商業(yè)化氫燃料汽車，但汽車廠商目前對即將投入使用的質(zhì)子交換膜燃料電池的表現(xiàn)表示憂慮，因?yàn)樗壳斑€不能達(dá)到內(nèi)燃機(jī)15年或17萬英里的最低運(yùn)行壽命，現(xiàn)在的燃料電池的壽命只能達(dá)到2000個小時。

　　專家預(yù)測，在短期內(nèi)，傳統(tǒng)的以汽油為燃料的汽車將會被汽油和電池混合驅(qū)動汽車、高清潔柴油車、天然氣汽車、甲醛和乙醛汽車所取代，很多專家預(yù)計氫能源真正實(shí)現(xiàn)全面應(yīng)用還需要幾十年的時間。

　　單次充氫后車可行駛數(shù)百英里

　　一加侖汽油是一加侖氫氣能量的2600倍，氫燃料汽車如果像目前的內(nèi)燃引擎一樣，一次充氣行駛里程達(dá)到300英里，氫氣將被壓縮成極高的壓力狀態(tài)，每平方英寸將達(dá)到10000磅。即使在這樣的高壓下，氫燃料汽車的燃料箱還是十分巨大，將是目前油箱的4倍。液態(tài)氫燃料相對好一些，通用汽車公司的液態(tài)氫燃料汽車可以一次行駛250英里，它的“油箱”大約是傳統(tǒng)油箱體積的2倍，但是這種液態(tài)氫燃料汽車必須每天行駛，因?yàn)橐簯B(tài)氫被冷卻到零下253°c，一旦停下來，氫很快就會被蒸發(fā)掉，如果你連續(xù)一周不使用的話，你的汽車“油箱”里可能連一“滴”氫氣都沒有了。

　　編后語：

　　不用氫，我們用什么來降低溫室效應(yīng)？顯然，在不遠(yuǎn)的將來，依靠氫能源降低全球氣候變化的希望是渺茫的。美國國家研究委員會的報告表明，氫能源的應(yīng)用還存在很多障礙，政府必須進(jìn)一步降低有害氣體的排放標(biāo)準(zhǔn)，加大對可再生能源的研究力度。盡管氫能源的前景廣闊，但很多專家認(rèn)為技術(shù)本身將對氫能源的直接利用發(fā)揮關(guān)鍵作用。

　　目前降低汽車排放最好的例子是汽油和電力混合驅(qū)動汽車，這種汽車既具備內(nèi)燃機(jī)引擎，還可以用電力驅(qū)動，并可以在兩種驅(qū)動之間實(shí)現(xiàn)無縫轉(zhuǎn)換。目前這種混合驅(qū)動汽車在美國的銷售勢頭很好，越來越多的汽車制造廠商正在加入這種汽車的生產(chǎn)隊伍。此外采用超輕的材料例如塑料、玻璃纖維、鈦金屬、鎂金屬和碳纖維的應(yīng)用，以及開發(fā)更輕的引擎等也會減少動力需求，從而降低燃料電池與礦物質(zhì)燃料之間巨大的價格差距。

　　等待用氫能源經(jīng)濟(jì)拯救人類是不現(xiàn)實(shí)的，如果在今后的10年內(nèi)我們不能有效減少溫室氣體排放，歷史將會懲罰我們，我們的后代將會在更惡劣的環(huán)境中苦苦生存，而且這種趨勢還將進(jìn)一步持續(xù)下去。