氢燃料未来或成能源新宠

　　编者按：

　　人类对氢能源的实际应用可以追溯到200年前。氢储量丰富、易于获得，是理想的能源载体。氢燃料优点很多，其中之一是实现了二氧化碳零排放。这一特点使氢燃料这在处处高呼节能减排世界显得尤为抢眼。然而如何以低廉的成本生产出大量的氢气还是一个处于讨论中的问题。这里提出了一个改造现有天然气电厂的设想，或许可以为氢能源的生产增添一些启示。

　　氢经济时代

　　自20世纪90年代中期起，许多问题集中出现，如城市空气污染日益严重、低排放或零排放车辆的需求持续增加、石油对进口依赖加重、全球气候变暖加快等等。同时，伴随着日渐高涨的全球能源紧缺呼声，许多国家都开始实施能源多样化战略，加大新能源的研发力度，探索代替石油等化石燃料的清洁能源技术。

　　在各种新能源中，氢能源被认为最有可能大批量投入实际使用。许多国家都展开了对氢能的开发利用。美国、日本等国都大力发展本国氢燃料电池，以及氢的制造、运输、储存技术。

　　氢气生产方法不同，其投资额和边际成本也不一样。制氢的能源和燃料也有多种来源，能源有天然气、核能、太阳能、风力等，燃料有生物燃料、煤炭等。统计数据表明，煤炭制氢最便宜，但是这一方法产生的高污染又会使氢气科技的环保性荡然无存。天然气制氢则很好地摆脱了这一问题。因此想要开启氢经济时代，首先就要寻找出经济实惠的大量生产天然气的方法。长期以来，这一问题一直阻碍着人类社会迈入一个清洁的低碳氢燃料时代。

　　从现有天然气电厂“抽”氢

　　荷兰及法国的一些化学家指出，建造花费巨大的新工厂不切实际，改造已有的天然气发电厂更加现实。但是有批评指出，将现有天然气发电厂进行翻新可能会使效率低下。不过要想逾越通向氢时代的障碍，目前也只能采用现有的化石燃料技术。

　　尽管将氢转化为能量所需的廉价燃料电池及其他技术都已相当成熟，但是目前还未找到大量生产氢的方法。荷兰阿姆斯特丹大学的加蒂·罗腾博格团队与其法国里昂大学的同事们认为由于能源市场相对保守，只有使用现有矿物燃料基础设施才比较实际，并且有成功的可能。他们的团队开发了一种催化剂，据称可以模仿沼气发电厂的燃料室，在燃烧室里分解甲烷、产生氢气。而且这一方法对现有发电厂的改动很小。

　　焦炭沉淀物问题

　　对于到底应该使用哪种催化剂，研究者们经过了多种尝试。他们试过铈的氧化物以及镍催化剂，将甲烷和氧气的混合气体加热至400℃至500℃来模拟发电厂内的情形。最开始，甲烷燃烧消耗掉所有的氧气并产生热量。接着，在催化剂及热量的作用下，剩余的沼气分解成固态的碳和氢气。两个甲烷分子包8个氢原子可以产生大约2个氢气分子——使用这一方法氢气的实际产生率约为25％至30％。

　　在发电厂内，在这一过程中产生的部分热量会像平常一样用于发电，这样可以利用浪费的能量从而提高整个效能。

　　实验显示，催化剂在被固态碳堵塞前，可以连续有效工作7小时。据研究小组的久瑞安·贝克尔斯介绍，即使催化剂被堵住，也很好清理，因为这些焦炭沉淀物很容易燃烧。他还说：“改变在燃烧室内的混合气体也是一种减少焦炭沉淀物的方法。”不过后来他又补充说，研究人员们也不确定是否能在真正的天然气发电厂内实现这样的控制水平。

　　生产氢气能耗高

　　哈里斯指出，全世界大约95％的氢气都是从天然气中获取的，使用的正是石化燃料转化炉。在转化炉中，天然气与蒸汽反应产生氢气和二氧化碳。这一过程实际产生氢气的效率大约为65％至70％。他说，在找到生产氢气的可再生资源之前，这一效率已经够用。

　　但瑞士联邦科技学院的阿尔多·史丹菲尔德却持不同意见。他指出要产生需要的蒸汽，必定要消耗一定的燃料。相比而言，天然气发电厂从天然气中获取能量的效率更高。他还说：“因为生产氢气是一个高耗能过程，因此在转炉中用甲烷生产氢气每千瓦/时产生的二氧化碳量更多。”

　　太阳能解决方案

　　史丹菲尔德的研究建议将注意力集中在太阳能上，因为太阳能可以提供热量来分解甲烷并生产氢气。他说：“通过这些复杂的过程，我们‘混合’太阳能及化石燃料产生的能量，将现有的以化石燃料为基础的技术与未来的太阳能化学技术联系起来。这样能节省化石燃料，减少二氧化碳的排放，并且能为太阳能生产氢气铺路搭桥。”

　　不过，这一设想同许多其他提议（如用细菌酶生产氢气）一样还只处于理论阶段。展望未来，如果能够找到大量可持续生产氢的方法，或许可以开启一个崭新的氢经济时代。