人類對氫能源的實際應用可以追溯到200年前。氫儲量豐富、易于獲得，是理想的能源載體。氫燃料優(yōu)點很多，其一是實現(xiàn)二氧化碳零排放。這一特點使氫燃料顯得尤為搶眼。然而如何以低廉的成本生產(chǎn)出大量氫氣，是一個處于討論中的問題。這里提出一個改造現(xiàn)有天然氣電廠的設想，或許可以為氫能源的生產(chǎn)增添一些啟示。

氫經(jīng)濟時代

自20世紀90年代中期起，許多問題集中出現(xiàn)，如城市空氣污染日益嚴重、低排放或零排放車輛的需求持續(xù)增加、全球氣候變暖加快等等。同時，伴隨著日漸高漲的全球能源緊缺呼聲，許多國家都開始實施能源多樣化戰(zhàn)略，加大新能源研發(fā)力度，探索代替化石燃料的 能源 技術。

在各種新能源中，氫能源被認為最有可能大量投入實際使用。許多國家都展開對氫能的開發(fā)利用。美國、日本等國都大力發(fā)展本國氫燃料電池及氫的制造、運輸、儲存技術。

氫氣生產(chǎn)方法不同，其投資額和邊際成本也不一樣。制氫的能源和燃料也有多種來源， 能源有天然氣、核能、太陽能、風力等，燃料有生物燃料、煤炭等。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，煤炭制氫最便宜，但這一方法產(chǎn)生的高污染又會使氫氣科技的環(huán)保性蕩然無存。天然氣制氫很好地擺脫了這一問題，想要開啟氫經(jīng)濟時代，首先就要尋找出經(jīng)濟實惠的大量生產(chǎn)天然氣的方法。長期以來，這一問題一直阻礙著人類社會邁入一個低碳氫燃料時代。

從現(xiàn)有天然氣電廠“抽”氫

荷蘭及法國的一些化學家指出，建造花費巨大的新工廠不切實際，改造已有天然氣發(fā)電廠更加現(xiàn)實。但是有批評指出，將現(xiàn)有天然氣發(fā)電廠進行翻新，可能會使效率低下。不過要想逾越通向氫時代的障礙，目前也只能采用現(xiàn)有的化石燃料技術。

盡管將氫轉化為能量所需的廉價燃料電池及其他技術都已相當成熟，但是目前還未找到大量生產(chǎn)氫的方法。荷蘭阿姆斯特丹大學的加蒂.羅騰博格團隊與其法國里昂大學的同事認為，由于 能源 市場相對保守，只有使用現(xiàn)有礦物燃料基礎設施才比較實際，并且有成功的可能。他們開發(fā)了一種催化劑，可以模仿沼氣發(fā)電廠的燃料室，在燃燒室里分解甲烷、產(chǎn)生氫氣。這一方法對現(xiàn)有發(fā)電廠的改動很小。

焦炭沉淀物問題

對于到底應該使用哪種催化劑，研究者嘗試鈰的氧化物以及鎳催化劑，將甲烷和氧氣的混合氣體加熱至400攝氏度至500攝氏度，來模擬發(fā)電廠的情形。最開始，甲烷燃燒消耗所有氧氣并產(chǎn)生熱量。接著，在催化劑及熱量作用下，剩余沼氣分解成固態(tài)碳和氫氣。兩個甲烷分子的8個氫原子可以產(chǎn)生大約2個氫氣分子——使用這一方法氫氣的實際產(chǎn)生率約為25％~30％。

在發(fā)電廠內產(chǎn)生的部分熱量會像平常一樣用于發(fā)電，這樣可以利用浪費的能量，提高效能。

實驗顯示，催化劑在被固態(tài)炭堵塞前，可以連續(xù)有效工作7小時。據(jù)研究小組的久瑞安.貝克爾斯介紹，即使催化劑被堵住，也很好清理，因為這些焦炭沉淀物很容易燃燒。他還說：“改變在燃燒室內的混合氣體，也是減少焦炭沉淀物的有效方法。”但他補充說，研究人員不確定是否能在真正的天然氣發(fā)電廠內，實現(xiàn)這樣的控制水平。

生產(chǎn)氫氣能耗高

哈里斯指出，全世界95％的氫氣都是從天然氣中獲取的，使用的正是化石燃料轉化爐。在轉化爐中，天然氣與蒸汽反應產(chǎn)生氫氣和二氧化碳。這一過程實際產(chǎn)生氫氣的效率大約為65％~70％。他說，在找到生產(chǎn)氫氣的可再生資源之前，這一效率已經(jīng)夠用。

但瑞士聯(lián)邦科技學院的阿爾多.史丹菲爾德卻持不同意見。他指出，要產(chǎn)生需要的蒸汽，必定要消耗一定的燃料。相比而言，天然氣發(fā)電廠從天然氣中獲取能量的效率更高。他還說：“因為生產(chǎn)氫氣是一個高耗能過程，因此在轉爐中用甲烷生產(chǎn)氫氣，每千瓦時產(chǎn)生的二氧化碳量更多。”

太陽能解決方案

史丹菲爾德的研究建議將注意力集中在太陽能上，因為太陽能可以提供熱量來分解甲烷并生產(chǎn)氫氣。他說：“通過這些復雜的過程，我們‘混合’太陽能及化石燃料產(chǎn)生的能量，將現(xiàn)有的以化石燃料為基礎的技術與未來的太陽能化學技術聯(lián)系起來。這樣能節(jié)省化石燃料，減少二氧化碳排放，并且能為太陽能生產(chǎn)氫氣鋪路搭橋。”

不過，這一設想同許多其他提議一樣還只處于理論階段。展望未來，如果能夠找到大量可持續(xù)生產(chǎn)氫的方法，或許可以開啟一個嶄新的氫經(jīng)濟時代。

 

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