氫經(jīng)濟(jì)

       氫是一種清潔能源，燃燒生成水，不會(huì)產(chǎn)生任何污染物。將太陽能、風(fēng)能、水的位能等可再生能源轉(zhuǎn)化成電能，利用電解電池，電解水制氫，通過高效儲(chǔ)氫材料常溫儲(chǔ)存，或經(jīng)管道輸送，其危險(xiǎn)性不比天然氣更大。

       利用氫燃料電池發(fā)電，取代當(dāng)前污染環(huán)境，不可再生的化石燃料。加強(qiáng)對(duì)儲(chǔ)氫材料、氫的電解制取和燃料電池的開發(fā)力度，大幅度降低其成本，這一合理的氫經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，或?qū)闀r(shí)不遠(yuǎn)。目標(biāo)是取代現(xiàn)有的石油經(jīng)濟(jì)體系，達(dá)到環(huán)保可再生可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。 

產(chǎn)生背景

       當(dāng)今能源可分為“過程性能源”和“含能體能源”。電能就是應(yīng)用最廣的“過程性能源”；柴油、汽油則是應(yīng)用最廣的“含能體能源”。由于目前“過程性能源”尚不能大量地直接貯存，因此汽車、輪船、飛機(jī)等機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的現(xiàn)代交通運(yùn)輸工具就無法直接使用從發(fā)電廠輸出來的電能，只能采用像柴油、汽油這一類“含能體能源”。作為二次能源的電能，可從各種一次能源中生產(chǎn)出來，例如煤炭、石油、天然氣、太陽能、風(fēng)能、水力、潮汐能、氫能正是一種在常規(guī)能源危機(jī)的出現(xiàn)、在開發(fā)新的二次能源的同時(shí)人們期待的新的二次能源。

       氫經(jīng)濟(jì)是一種未來的，甚至是理想的一種經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)形式。其提出是基于當(dāng)前的化石能源大量使用，導(dǎo)致全球環(huán)境的變化，空氣和環(huán)境污染，氣候變暖，對(duì)化石能源的過分依賴，面臨化石能源枯竭的擔(dān)憂。以及人類對(duì)可持續(xù)發(fā)展，循環(huán)經(jīng)濟(jì)，綠色能源，保護(hù)環(huán)境等的不斷追求。氫是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%。地球上氫的儲(chǔ)量非常豐富，水是氫的大“倉庫”，如把海水中的氫全部提取出來，將是地球上所有化石燃料熱量的9000倍，因此氫能被稱為人類的終極能源。

原理及優(yōu)越性

       氫經(jīng)濟(jì)是氫作為能源，氫的產(chǎn)生通過電解水，其能量來源是各種廉價(jià)的清潔能源，例如太陽能、核能、風(fēng)能、海水潮汐能等。氫作為二次能源可以通過管道輸送直接燃燒使用，也可以通過燃料電池轉(zhuǎn)化成電能使用。

       氫氣是一種極高能量密度與質(zhì)量比值的能源.它是一種極為優(yōu)越的新能源，其主要優(yōu)點(diǎn)有：

       （1）燃燒熱值高，每千克氫燃燒后的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。

       （2）氫燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最干凈的能源。

       （3）資源豐富，氫氣可以由水制取，而水是地球上最為豐富的資源，從制取到燃燒，演繹了自然物質(zhì)循環(huán)利用、持續(xù)發(fā)展的經(jīng)典過程。

       （4）氫燃料電池的效益高過諸多內(nèi)燃機(jī).內(nèi)燃機(jī)頂多20–30%效率,而最差的燃料電池也有35–45%效率(通常都更高很多)再加上相關(guān)電動(dòng)馬達(dá)和控制器的耗損，最后純輸出能量最差也有24%內(nèi)燃機(jī)則是更低得多。

發(fā)展前景 

       氫經(jīng)濟(jì)的實(shí)施，可以得到以下明顯的進(jìn)步：

       （1）消除礦物燃料引起的污染——如果在燃料電池中使用氫來產(chǎn)生動(dòng)力，那么這將是一種完全清潔的技術(shù)。唯一的副產(chǎn)物是水。氫也不會(huì)有類似于石油泄漏這樣的環(huán)境危險(xiǎn)。

       （2）消除溫室氣體——如果氫來自于水的電解反應(yīng)，那么就不會(huì)向環(huán)境排放溫室氣體。這將是一個(gè)完美的循環(huán)——水經(jīng)過電解反應(yīng)產(chǎn)生氫，氫在燃料電池中與氧重新結(jié)合生成水，同時(shí)產(chǎn)生動(dòng)力。

       （4）使用方便——只要有電和水，就可以在任何地方生產(chǎn)氫。使用較為簡單的技術(shù)，人們甚至可以在家里制造氫。

技術(shù)困難 

       氫經(jīng)濟(jì)的前景誘人，實(shí)現(xiàn)氫經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵技術(shù)有待進(jìn)一步突破，其中主要涉及：

       （1）需要大量氫的制?。?nbsp;

       水電解——利用電流，可以很容易地把水分子分解為純凈的氫和氧。該方法的一個(gè)重要優(yōu)勢是沒有場地限制。

       重整礦物燃料——石油和天然氣中均含有碳?xì)浠衔?，其分子由氫和碳?gòu)成。利用一種被稱為燃料處理器或重整器的裝置，可以較為容易地將碳?xì)浠衔镏械臍浜吞挤蛛x開來，從而利用其中的氫。剩余的碳以二氧化碳的形式排放到大氣中，在向氫經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變的過程中，這可能是一個(gè)很好的臨時(shí)性措施。這是獲取氫以便為汽車的燃料電池提供動(dòng)力的最簡單方法。

       （2）制氫電力來源花費(fèi)巨大： 

       其需要量是巨大的，需要多種形式的能源來滿足。僅以美國為例，若全美汽車都是用氫做能源，氫采用電解水制取，核能發(fā)電來滿足，用以提供電解水的氫氣電能來源.需要240,000噸鈾礦—提供2,000座600兆瓦發(fā)電廠,等于$8400億美金,等于每GGE單位$2.50美元。

       （3）要解決儲(chǔ)氫材料和輸送: 

       氫在常態(tài)下是一種體積龐大的氣體，所以它不像汽油那樣容易使用。壓縮氫氣需要消耗能量，而且壓縮后的氫所能提供的能量也大大低于相同體積的汽油。例如將氫燃料汽車投入使用的關(guān)鍵問題是氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸問題，解決氫的儲(chǔ)存問題的方案已經(jīng)出現(xiàn)。例如，氫可以以固態(tài)形式儲(chǔ)存在一種名為硼氫化鈉的化學(xué)物質(zhì)中，這種化學(xué)物質(zhì)是用硼砂（許多清潔劑的常見成分之一）制造的。當(dāng)硼氫化鈉釋放其中含有的氫之后，又重新轉(zhuǎn)化為硼砂，從而實(shí)現(xiàn)了循環(huán)利用。一旦儲(chǔ)存問題得以解決并且能夠標(biāo)準(zhǔn)化，就必須圍繞它來建立氫站網(wǎng)絡(luò)以及用于運(yùn)輸氫的基礎(chǔ)設(shè)施。只有研究出一種能被市場普遍接受的儲(chǔ)存技術(shù)，氫站才會(huì)迅速發(fā)展起來。

       氫氣運(yùn)送管線要求很高，高過任何電線管路，也比天然氣管線貴將近三倍。因?yàn)闅鋾?huì)加速一般鋼管的碎裂(氫脆化)，增加維護(hù)成本、外泄風(fēng)險(xiǎn)、和材料成本。所以要進(jìn)入氫經(jīng)濟(jì)時(shí)代需要大量的管線基礎(chǔ)建設(shè)投資才能儲(chǔ)存和分配氫氣到末端的氫能車用戶。

       （4）氫能的轉(zhuǎn)化設(shè)備： 

       經(jīng)過數(shù)百年的發(fā)展，化石經(jīng)濟(jì)或者說碳經(jīng)濟(jì)已形成一套完整的經(jīng)濟(jì)體系，各種能源轉(zhuǎn)化設(shè)備齊全，例如鍋爐、內(nèi)燃機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)----，合理配套，技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)成熟。氫能源如何轉(zhuǎn)化成其他各種形式能源、動(dòng)力。無論技術(shù)、設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)都需要研究、設(shè)計(jì)、制造和合理使用。

發(fā)展態(tài)勢

       人類能源利用歷史表明，主要能源利用形式的重大轉(zhuǎn)變（例如從以生物質(zhì)燃料為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐悦簽橹?，從以煤為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐允吞烊粴鉃橹鳎┒加辛Φ卮龠M(jìn)了人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)的大發(fā)展?；茉唇K究是要枯竭的，以當(dāng)前最重要的石油資源為例，最新預(yù)測結(jié)果是儲(chǔ)采比為40年?；茉创罅渴褂脤?dǎo)致全球環(huán)境變化和資源枯竭的擔(dān)憂，以及對(duì)可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)環(huán)境的追求，氫能源作為一種高效、清潔、可持續(xù)的“無碳”能源已得到世界各國的普遍關(guān)注。

       20世紀(jì)90年代以來，世界主要發(fā)達(dá)國家和相關(guān)國際組織都對(duì)氫能研發(fā)和實(shí)現(xiàn)向氫經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型給予了很大重視，進(jìn)行了大量宏觀戰(zhàn)略研究，制定了長期研發(fā)計(jì)劃，并投入巨資進(jìn)行氫能相關(guān)技術(shù)研發(fā)。

       美國在1990年就通過了氫能研究與發(fā)展、示范法案，美國能源部(DOE)啟動(dòng)了一系列氫能研究項(xiàng)目。2001年以來，美國政府將發(fā)展氫能作為其能源政策的一個(gè)重要方面，先后制定了多項(xiàng)氫能研究計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)向氫經(jīng)濟(jì)的過渡，制定了美國發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)必須經(jīng)歷技術(shù)研發(fā)與示范(2000—2015年)、前期市場滲透(2010—2025年)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與投資(2015—2035年)、氫經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)(2025—2040年)4個(gè)相互重疊、關(guān)聯(lián)的階段，確定了在發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)的初始階段的技術(shù)研究、開發(fā)與示范的具體內(nèi)容和目標(biāo)，以及相關(guān)的后續(xù)行動(dòng)等。該計(jì)劃明確提出美國將于2040年實(shí)現(xiàn)向氫經(jīng)濟(jì)的過渡。

       歐盟將氫能作為其優(yōu)先研究和發(fā)展領(lǐng)域，制定了歐洲實(shí)現(xiàn)向氫經(jīng)濟(jì)過渡的近期(2000—2010年)、中期(2010—2020年)和長期(2020—2050年)3個(gè)階段及其主要的研發(fā)和示范行動(dòng)計(jì)劃路線圖，并提出了相關(guān)對(duì)策建議。

       日本2003年6月，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省公布了《日本實(shí)現(xiàn)燃料電池和氫技術(shù)商業(yè)化的途徑》，提出日本發(fā)展氫和燃料電池技術(shù)是降低能源利用對(duì)環(huán)境的影響和加強(qiáng)能源安全的需要，并計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)擁有燃料電池汽車500萬輛和建成固定燃料電池系統(tǒng)10000MW；2030年實(shí)現(xiàn)擁有燃料電池汽車1500萬輛和建成固定燃料電池系統(tǒng)12500MW。

       此外，加拿大、英國、德國、法國、冰島、丹麥、挪威、瑞典、芬蘭、韓國、意大利、荷蘭、西班牙等國也都有氫能研發(fā)計(jì)劃。

       我國已成為能源消費(fèi)大國，但又是能源短缺國家，能源短缺問題隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展還將更趨嚴(yán)重，發(fā)展新能源應(yīng)成為國家重大能源戰(zhàn)略選擇。

       我國從“七五”開始一直沒有中斷氫能的研發(fā)，確立了多項(xiàng)氫能研發(fā)的項(xiàng)目，確立氫能發(fā)展為國家優(yōu)先能源戰(zhàn)略地位。

何為“綠氫”？

何為“氫經(jīng)濟(jì)”？何為“綠氫”？

       “氫經(jīng)濟(jì)”是指以氫作為工業(yè)原材料、能源為基礎(chǔ)的一個(gè)經(jīng)濟(jì)體系，以實(shí)現(xiàn)溫室氣體的零排放、明顯減少對(duì)地球資源的開采，做到盡少對(duì)地球環(huán)境的損害：“綠氫”是指利用可再生能源、核電等零碳能源制備的氫氣。

       如果要實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，工業(yè)和交通等一些難以減排的部門需要開發(fā)新的生產(chǎn)工藝和技術(shù)來實(shí)現(xiàn)減排。氫是很好的還原劑，以及大部分化工和石化產(chǎn)品的組分，氫同時(shí)也可以作為不排放C02的零碳能源使用，因此氫可以在未來工業(yè)等行業(yè)深度減排中扮演重要角色。