氢 经 济

1) 氢 气 产 生 和 使 用 的 途 径
2) 氢 气 的 生 产
3) 氢 气 的 储 存
4) 氢 气 的 输 送
5) 氢 气 的 应 用
6) 一 些 实 例
7) 前 面 的 挑 战
8) 有 用 连 结

除 了 生 物 燃 料 ( 如 生 物 乙 醇 和 生 物 柴 油 ) 以 外 , 把 可 再 生 能 源 ( 如 太 阳 能 、 风 能 和 水 力 等 ) 转 化 为 车 用 燃 料 并 不 容 易 。 一 种 可 行 的 方 法 是 利 用 由 可 再 生 能 源 产 生 的 电 力 把 水 电 解 , 从 而 产 生 氢 气 , 再 用 氢 气 作 为 车 用 燃 料 。 在 这 种 情 况 下 , 氢 气 作 为 能 量 载 体 储 存 由 可 再 生 能 源 提 取 的 能 量 , 用 於 交 通 工 具 或 其 他 用 途 。

除 了 作 为 一 种 每 公 斤 蕴 含 很 高 能 量 的 能 量 载 体 以 外 , 氢 气 作 为 一 种 燃 料 还 有 一 个 优 点 , 就 是 达 至 零 排 放 的 要 求 。 与 化 石 燃 料 相 比 , 将 氢 气 转 化 为 机 械 能 或 者 电 能 的 过 程 , 不 会 排 放 温 室 气 体 或 者 其 他 空 气 污 染 物 。

氢 经 济 指 的 是 利 用 氢 气 作 为 能 量 载 体 以 应 对 空 气 污 染 、 全 球 暖 化 和 能 源 安 全 等 问 题 的 一 种 经 济 结 构 。

除 了 利 用 可 再 生 能 源 产 生 氢 气 以 外 , 还 可 以 通 过 化 石 燃 料 或 者 化 学 物 品 来 产 生 氢 气 。 用 化 石 燃 料 产 生 氢 气 作 为 车 用 燃 料 的 主 要 优 点 , 是 可 以 减 少 汽 车 耗 用 燃 料 过 程 所 引 致 的 城 市 污 染 。 如 果 用 可 再 生 能 源 产 生 氢 气 作 为 燃 料 , 我 们 就 可 以 获 得 双 重 利 益 , 包 括 避 免 化 石 燃 料 的 使 用 和 减 少 城 市 污 染 。

氢经济。 以上文字说明这张图片。

1) 氢 气 产 生 和 使 用 的 途 径

如 下 图 所 示 , 氢 气 可 以 从 多 种 原 料 提 取 , 包 括 化 石 燃 料 、 可 再 生 能 源 和 核 能 。 目 前 世 界 上 大 部 分 氢 气 产 自 化 石 原 料 , 如 用 重 整 天 然 气 制 氢 。 然 而 , 从 化 石 原 料 提 取 氢 气 , 仍 会 造 成 温 室 气 体 和 污 染 物 的 排 放 。 只 有 利 用 可 再 生 能 源 生 产 氢 气 , 才 能 达 到 从 生 产 到 使 用 过 程 全 程 无 排 放 的 标 准 。

氢气产生和使用的途径。 以上文字说明这张图片。
( 上 图 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://canmetenergy-canmetenergie.nrcan-rncan.gc.ca/eng/clean_fossils_fuels.html)

2) 氢 气 的 生 产

下 表 列 出 了 各 种 氢 气 生 产 技 术 的 开 发 状 况 , 以 及 其 能 耗 、 效 率 和 成 本 资 料 。

工 艺 能 耗 ( 千 瓦 时 / 立 方 米 ) 技 术 现 状 效 率 % 相 对 于 甲 烷 重 整 成 本
理 想 值 实 际 值
甲 烷 重 整 制 氢 0.78 2-2.5 成 熟 工 艺 70-80 1
甲 烷 / 天 然 气 高 温 分 解     研 发 与 成 熟 之 间 72 - 54 0.9
硫 化 氢 甲 烷 重 整 1.5 - 研 发 阶 段 50 <1
堆 填 沼 气 乾 式 重 整     研 发 阶 段 47-58 ~1
重 油 不 完 全 分 解 0.94 4.9 成 熟 工 艺 70 1.8
石 脑 油 重 整     成 熟 工 艺    
废 弃 油 重 整     研 发 阶 段 75 <1
煤 炭 气 化 (TEXACO) 1.01 8.6 成 熟 工 艺 60 1.4-2.6
煤 炭 不 完 全 氧 化     成 熟 工 艺 55  
蒸 汽 - 铁 程 序     研 发 阶 段 46 1.9
氯 碱 电 解     成 熟 工 艺   By-product
水 的 电 解 3.54 4.9 研 发 阶 段 27 3-10
水 的 太 阳 能 及 光 伏 电 解     研 发 与 成 熟 之 间 10 > 3
水 的 高 温 电 解     研 发 阶 段 48 2.2
热 化 学 水 分 解     研 发 阶 段 早 期 35-45 6
生 物 质 气 化     研 发 阶 段 45-50 2.0-2.4
光 生 物 反 应     研 发 阶 段 早 期 <1  
水 的 光 分 解     研 发 阶 段 早 期 <10  
水 的 光 电 分 解     研 发 阶 段 早 期    
水 的 光 催 化 分 解     研 发 阶 段 早 期    

( 上 表 来 源 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.fsec.ucf.edu/en/research/hydrogen/index.htm)

从 天 然 气 经 过 蒸 汽 重 整 提 取 的 氢 气 成 本 , 比 化 石 燃 料 贵 好 几 倍 。 上 表 也 显 示 水 的 光 伏 电 解 的 成 本 是 蒸 汽 重 整 的 3 倍 多 。 因 此 我 们 可 以 看 出 从 可 再 生 能 源 提 取 氢 气 的 成 本 要 比 从 化 石 燃 料 提 取 氢 气 贵 的 多 。

3) 氢 气 的 储 存

氢 气 可 以 液 态 形 式 或 者 压 缩 气 体 形 式 储 存 在 压 力 罐 中 或 者 是 金 属 氢 化 物 中 。 工 业 上 固 定 位 置 使 用 的 氢 氧 , 是 用 压 力 罐 储 存 。 但 是 在 车 辆 中 使 用 氢 氧 , 如 何 储 存 氢 气 还 是 一 个 具 挑 战 性 的 课 题 。

其 中 一 个 主 要 问 题 是 如 何 保 证 车 辆 装 载 足 够 的 氢 气 , 以 跑 完 一 定 的 里 程 而 又 不 会 添 加 太 多 的 负 载 。 以 几 百 个 大 气 压 力 的 高 压 把 氢 气 储 存 在 压 力 罐 中 , 在 小 型 汽 车 或 巴 士 上 应 用 , 技 术 上 是 可 行 的 。 目 前 尚 有 另 一 些 氢 气 储 存 的 研 究 和 开 发 工 作 正 在 进 行 之 中 , 例 如 先 进 的 高 容 氢 量 金 属 氢 化 物 、 碳 基 高 表 面 面 积 的 吸 收 剂 、 化 学 性 储 氢 , 以 及 其 他 新 材 料 和 新 概 念 等 等 。

4) 氢 气 的 输 送

氢 气 的 输 送 基 础 设 施 是 建 立 氢 经 济 必 要 的 条 件 。 除 了 用 卡 车 和 轮 船 运 送 氢 气 压 力 罐 以 外 , 还 可 以 用 管 道 输 送 。 因 为 管 道 输 送 是 从 生 产 基 地 大 量 运 送 氢 气 到 用 户 最 经 济 的 方 法 。 目 前 的 化 石 燃 料 输 送 设 施 并 不 适 用 於 氢 气 输 送 , 因 为 氢 气 可 能 使 得 管 道 中 的 钢 铁 部 件 和 焊 缝 脆 化 , 而 且 由 於 氢 气 分 子 很 小 , 渗 漏 也 是 潜 在 问 题 。

5) 氢 气 的 应 用

氢 气 可 以 在 很 多 地 方 应 用 , 包 括 在 固 定 地 点 或 者 在 车 辆 上 应 用 。 利 用 燃 料 电 池 , 可 以 把 氢 气 与 氧 气 组 合 成 水 并 产 生 电 力 。 燃 料 电 池 可 以 为 各 种 设 备 提 供 电 力 , 由 手 提 电 脑 、 汽 车 以 至 屋 宇 装 备 。 使 用 氢 气 燃 料 的 内 燃 机 和 涡 轮 可 以 组 成 低 排 放 的 动 力 系 统 。 而 高 含 氢 量 气 体 可 以 直 接 作 为 气 体 燃 料 用 於 煮 食 或 锅 炉 。

6) 一 些 实 例

冰 岛 的 氢 经 济

作 为 第 一 个 追 求 不 须 进 口 化 石 燃 料 的 国 家 , 冰 岛 一 直 努 力 探 索 氢 经 济 , 并 试 图 在 2050 年 前 建 立 世 界 上 第 一 个 氢 经 济 体 。 冰 岛 自 从 2003 年 以 来 就 开 始 试 验 在 公 共 巴 士 中 使 用 氢 气 , 并 利 用 水 力 发 电 和 地 热 发 电 的 电 力 去 电 解 制 氢 。 目 前 正 在 研 究 在 船 舶 中 使 用 氢 气 的 方 法 。 冰 岛 的 目 标 是 在 未 来 让 所 有 的 小 型 汽 车 和 公 共 巴 士 以 及 渔 船 使 用 氢 气 作 为 燃 料 。

欧 洲 的 CUTE 计 划

Clean Urban Transport for Europe (CUTE) 是 欧 盟 的 一 个 计 划 , 以 在 2001 年 11 月 到 2006 年 5 月 之 间 在 9 个 欧 洲 城 市 内 测 试 燃 料 电 池 公 共 巴 士 。 计 划 的 目 标 是 测 试 使 用 氢 气 作 为 公 共 交 通 燃 料 的 可 行 性 。 9 个 欧 洲 城 市 获 得 经 费 资 助 , 运 作 27 辆 专 门 设 计 的 燃 料 电 池 公 共 巴 士 , 并 建 立 地 区 性 的 产 氢 和 充 氢 设 施 。 该 计 划 结 束 以 後 又 有 後 续 的 HyFLEET:CUTE 计 划 , 更 多 ( 47 辆 ) 的 燃 料 电 池 公 共 巴 士 以 及 欧 洲 以 外 的 城 市 ( 中 国 北 京 和 澳 洲 柏 斯 ) 也 参 与 其 中 。 以 下 网 站 提 供 更 多 的 有 关 资 料 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.global-hydrogen-bus-platform.com/

英国伦敦使用的燃料电池公共巴士(2006年2月)。 以上文字说明这张图片。
上 图 : 英 国 伦 敦 使 用 的 燃 料 电 池 公 共 巴 士 ( 2006 年 2 月 )

7) 前 面 的 挑 战

氢 经 济 的 组 成 部 件 仍 然 处 在 早 期 的 开 发 阶 段 。 以 氢 气 作 为 燃 料 , 其 生 产 、 储 存 、 使 用 方 面 的 新 科 技 开 发 并 成 本 降 低 是 发 展 的 关 键 。 另 外 公 众 的 接 受 度 也 是 必 须 考 虑 的 问 题 。

8) 有 用 连 结

氢 经 济 国 际 合 作 组 织
2003 年 成 立 的 氢 经 济 国 际 合 作 组 织 , 是 一 个 旨 在 推 动 全 球 迈 向 氢 经 济 的 国 际 机 构 。 氢 经 济 国 际 合 作 组 织 为 参 与 国 提 供 了 一 个 机 制 , 以 组 织 、 协 调 和 实 施 一 些 与 氢 气 和 燃 料 电 池 技 术 相 关 的 、 有 效 的 、 而 又 专 注 的 国 际 化 研 究 、 开 发 、 示 范 和 商 业 化 应 用 活 动 。
网 址 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.iphe.net/

世 界 氢 协 会
世 界 氢 协 会 的 目 标 , 是 通 过 鼓 励 全 球 的 公 众 对 氢 经 济 的 认 知 , 改 变 其 国 家 的 能 源 策 略 以 达 到 推 动 氢 气 经 济 的 使 用 , 并 了 解 其 他 国 家 在 这 方 面 的 情 状 。
网 址 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.hydrogen.co.uk/

美 国 能 源 部 氢 计 划
美 国 能 源 部 的 氢 计 划 涉 及 与 工 业 界 、 学 术 界 、 国 家 实 验 室 、 联 邦 和 国 际 组 织 的 合 作 , 以 :

  • 打 破 各 种 技 术 上 的 限 制 , 包 括 氢 气 生 产 、 运 送 和 储 存 , 以 及 应 用 於 运 输 、 固 定 发 电 及 便 携 装 置 的 等 燃 料 电 池 技 术 ;
     
  • 处 理 安 全 问 题 并 制 定 标 准 ;
     
  • 透 过 实 际 应 用 去 验 证 和 示 范 氢 气 与 燃 料 电 池 技 术 ; 及
     
  • 为 利 益 相 关 者 作 出 教 育 , 这 等 人 士 对 对 氢 气 与 燃 料 电 池 技 术 的 接 受 程 度 , 对 该 等 技 术 在 市 场 中 的 成 败 起 了 关 键 作 用 。

网 址 : 此网页的超链接有可能引向由第三方发行或营运的网站。http://www.hydrogen.energy.gov/

   
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