氢能成为未来的燃料吗?

:塔拉尔同

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氢燃料会取代化石燃料吗?
Arctic-Images /盖蒂图片社

当谈到寻找替代化石燃料的能源时,并不缺乏选择。太阳能,风能在美国,乙醇和生物燃料通常是取代以石油为基础的内燃机和燃煤发电厂的最广泛的竞争者。

但作为一种有前景的替代能源,氢显得与众不同。虽然氢作为广泛使用的燃料来源来驱动汽车和发电是一个相对较新的概念,以响应寻找石油的替代品,氢燃料电池实际上早于内燃机,内燃机发明于19世纪中期,约20年。

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既然这项技术最基本的形式已经存在了近150年,为什么它的时代突然到来了?

为什么氢?

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氢燃料是未来的燃料吗?

氢是宇宙中最丰富的元素,所以人类消费者不可能耗尽它的供应。当然有足够的石油资源为了满足现在的全球需求,但许多能源专家预测,世界石油供应将在60年内耗尽,据Ars Technica报道.它的生产非常容易,只要有合适的设备,整个过程就可以在家里完成。

在耗尽世界石油供应,甚至接近人口增长所带来的不可避免的短缺时,地球现在是东道主70亿人——而经济增长不仅会造成重大的能源危机,因此必须迅速引入新能源可替代能源来源;燃烧这么多燃料也意味着在这个过程中对大气层造成了巨大的负担。这甚至还没有考虑到从地球上开采原油的潜在环境后果。

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相比之下,氢是清洁燃烧。氢能源的唯一副产品是水和热,两者都可以循环利用。这本质上意味着将一个能量消耗过程转变为一个能量产生过程。

然而,氢气不像石油和天然气那样是一种现成的能源。相反,它是一种储存能量的方式,因为地球上没有足够的纯氢来为整个能源经济提供燃料。要把氢转化为可用的燃料需要能量。氢气可以通过电解过程从水中的氧分子中分离出来,也可以通过从化石燃料中的碳氢化合物链中分离出来产生,这个过程本身会产生温室气体排放,详见本章文章

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氢如何产生可用的能量?

氢燃料电池的工作原理与石油内燃机不同,后者依靠热量和动力产生能量。

燃料电池是由一堆“阳极、阴极和其他高科技材料的夹层”组成的HowStuffWorks.com的Ed Grabianowski解释道.液氢燃料从阳极周围进入,在那里,附着在氢上的电子与原子本身分离。电解液燃料电池允许氢质子通过,但不允许电子通过。当氢原子到达燃料电池的另一端,即阴极时,它与氧气结合,产生热量和水蒸气。

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氢的缺点是什么?

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氢的储存成本很高。

除非你碰巧住在加州,那里已经主动建设了一些基础设施来支持氢燃料在美国,你很可能从来没见过你上次去加油站给车加满氢气的选择。

另一方面,如果你最近去过汽车经销店,你很有可能看到有普通汽油发动机、柴油发动机,甚至可能有一些混合动力汽车。但氢动力汽车吗?不太可能。

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这是实施新能源技术的最大障碍之一:能源生产商和分销商需要基础设施来满足对其燃料的需求。但是,如果没有基础设施的支持,这种需求就不可能真正存在。这就像“先有鸡还是先有蛋”的问题,但不同的是,解决方案可能价值数十亿美元。

氢的另一个显著缺点是,尽管储量丰富,但氢燃料很难储存,成本也很高。在正常的室温下,氢气以气体的形式存在。要使氢变成液态并被储存、转移和最终用作燃料,需要零下423华氏度(零下253摄氏度)的温度。将氢燃料保持在低温状态需要特殊的容器,比如左图中的容器。

最后,氢动力汽车目前对普通消费者来说太贵了,买不起。去年,丰田汽车(Toyota)宣布,该汽车制造商计划在2015年之前生产一款氢动力汽车,成本约为5万美元。根据一份研究报告显示,这款汽车的价格比目前同类汽车的价格降低了90%彭博社报道.每辆车的生产成本一度高达100万美元。

换句话说,虽然氢能前景广阔,能源公司和汽车制造商都对其进行了大量关注和投资,但现在还不是时候。所以,是的,氢可能是未来的燃料来源,但明天,你仍然可能需要给你的车加普通的旧汽油。

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