氢经济

似乎每天的新闻中都会有关于燃料电池汽车的报道。这些许诺十分诱人，因为燃料电池可以使汽车功率成倍增长，同时又能大大减少空气污染。

同时，近几十年来，一直都有有关石油的相关报道。从石油泄漏到臭氧层警报再到全球变暖，这些问题全都归咎于我们对矿物燃料的依赖。

这两股力量正引导世界走向众所周知的氢经济。如果预测正确，那么在接下来的几十年里，我们将见证一场了不起的变革：从今天的矿物燃料经济走向更为清洁的氢经济时代。

我们的社会果真能完成这一转变吗？或者技术、经济和政策上的障碍会使我们在下个世纪以及更遥远的未来仍然依赖于石油和其他矿物燃料？在本文中，您将了解到氢经济的优越性以及它的潜在问题。我们还将分析一些可以促进向氢经济转变的技术。

存在问题

目前，美国和世界上的大多数国家/地区都依赖所谓的矿物燃料经济。我们的汽车、火车和飞机几乎完全以汽油、柴油等石油产品为燃料。绝大部分的发电厂也是以石油、天然气和煤作为燃料。

如果美国的矿物燃料进口渠道被切断，美国经济将陷于停顿。工厂生产出来的产品将无法运输。人们将无法开车上班。整个经济，也可以说整个西方社会，现在都依赖于矿物燃料。

社会发展到今天，矿物燃料发挥了重要作用，但它同时也产生了以下四个严重问题：

空气污染——如果汽车里的汽油充分燃烧，那么汽车排放的尾气中将只含有二氧化碳和水。然而遗憾的是，内燃机并不完美。在汽油燃烧的过程中，还会产生：
一氧化碳——一种有毒气体
氮氧化物——城市烟雾的主要来源

未燃烧的碳氢化合物——城市臭氧的主要来源
催化转化器可以消除大部分此类污染，但是也无法彻底解决问题。汽车和发电厂造成的空气污染在大城市中是一个严重问题。
现在的情况已经非常严重——在夏季，许多城市空气中的臭氧浓度都已超标。

环境污染——如果在运输和储存石油的过程中出现任何差错，都会对环境产生巨大影响。 石油泄漏、管线爆炸或油井火灾都会造成大混乱。艾克森·瓦尔迪兹号 (Exxon Valdez) 石油泄漏事件是这方面问题的最著名的例子。但是，小的漏油事故也在不断发生。

全球变暖——汽车每燃烧3.8升汽油，将向空气中排出大约2.3公斤二氧化碳。如果是固体碳，这将一目了然——这等同于每燃烧3.8升汽油，就向车窗外扔出一袋2.3公斤重的碳。但是由于这2.3公斤的碳是以看不见的二氧化碳气体形式释放的，因此就被大多数人忽略了。从每辆汽车的排气管排出的二氧化碳是一种温室气体，它会使地球温度缓慢升高。虽然其最终效应还不确定，但是它最终很有可能造成剧烈的气候变化，从而影响到地球上的每一个人。例如，气温升高会导致冰川融化，海平面显著上升，洪水泛滥并摧毁现今的所有沿海城市。这是一个很大的副效应。

依赖性——美国和其他大多数国家/地区都无法生产足够的石油以满足需求，因此它们需要从石油资源丰富的国家/地区进口石油。这就产生了经济上的依赖性。当中东的石油生产国决定提高石油价格时，其他国家和地区几乎别无选择，只能支付更高的价格。

优越性

消除矿物燃料引起的污染——如果在燃料电池中使用氢来产生动力，那么这将是一种完全清洁的技术。唯一的副产物是水。氢也不会有类似于石油泄漏这样的环境危险。

消除温室气体——如果氢来自于水的电解反应，那么就不会向环境排放温室气体。这将是一个完美的循环——水经过电解反应产生氢，氢在燃料电池中与氧重新结合生成水，同时产生动力。

消除经济依赖性——不再使用石油意味着无需依赖中东国家及其石油储备。

分布式生产——只要有电和水，就可以在任何地方生产氢。使用较为简单的技术，人们甚至可以在家里制造氢。
矿物燃料经济造成的问题如此严重，而氢经济的环境优越性又是如此显著，因此，向氢经济转变的推动力非常强大

技术障碍

氢经济的一个比较有趣的问题就是氢本身。氢从哪里来？在矿物燃料经济中，只要把矿物燃料从地下抽出来（请参阅石油钻探揭秘），然后进行炼制（请参阅如何进行石油精炼），就可以作为能源利用了。
我们大多数人都认为石油、汽油、煤和天然气是唾手可得的，但事实上它们的形成是非常奇妙的。这些矿物燃料实际上是几百万年以前储存起来的太阳能。几百万年以前，植物利用太阳能来促进生长。植物死亡后，最终转化为石油、煤和天然气。从地下抽取石油时，我们相当于打开了这一巨大的、“免费”的太阳能仓库。燃烧每一升汽油，我们都是在释放其中储存的太阳能。

在氢经济中，没有这样的仓库可以让我们打开。我们必须去实时地创造能源。

氢有两种可能的来源：

水电解——利用电流，可以很容易地把水分子分解为纯净的氢和氧。该方法的一个重要优势是没有场地限制。例如，您可以在车库里放一个箱子，接上自来水来制造氢，然后用制造出来的氢作为汽车燃料。

重整矿物燃料——石油和天然气中均含有碳氢化合物，其分子由氢和碳构成。利用一种被称为燃料处理器或重整器的装置，可以较为容易地将碳氢化合物中的氢和碳分离开来，从而利用其中的氢。剩余的碳以二氧化碳的形式排放到大气中。
当然，第二种方案有点儿荒谬。因为它把矿物燃料作为氢经济中的氢源。这种方法减少了空气污染，但是它既没有解决温室气体问题（因为仍然有碳进入大气层），也没有解决依赖问题（还是需要石油）。然而，在向氢经济转变的过程中，这可能是一个很好的临时性措施。您目前听到的汽车公司正在研制的“燃料电池动力汽车”，几乎全部都打算使用重整器从汽油中获得燃料电池所需要的氢。之所以如此，是因为汽油是一种容易获得的氢源。在“氢站”能够像现在的加油站一样遍布每个街角之前，这是获取氢以便为汽车的燃料电池提供动力的最简单方法。
第一种方案的有趣之处在于它是真正的氢经济的核心。要想实现纯粹的氢经济，必须通过可再生能源而不是矿物燃料来获得氢。只有这样，我们才能停止向大气中释放碳。目前，实现氢经济的最大困难在于：如何获得足够的电力来从水中分离氢并且不使用矿物燃料来发电？

电解水所需的电力将从何而来？目前，美国大约68%的发电量来自于煤和天然气。在氢经济中，这一部分发电能力必须全部用可再生能源实现。另外，现在用于运输业（包括小汽车、货车、火车、轮船和飞机）的所有矿物燃料能源也都必须用氢来替代，而这些氢也要通过电力来产生。换句话说，美国的发电能力必须成倍增长，以满足运输业的需求。同时，用于发电的矿物燃料也要全部用可再生能源来代替。到那时，也只有到那时，我们才能停止向大气中排放碳。

目前，不使用矿物燃料发电的方法有以下几种：

核能发电
水力发电
太阳能电池
风能发电
地热发电
海浪和潮汐发电
热电联产（例如，锯木厂可以通过燃烧树皮产生能量，而垃圾填埋场可以通过燃烧腐烂的垃圾所产生的沼气产生能量。） 在美国，目前大约20%的电力来自核能，7%的电力来自水力发电。只有5%的电力来源于太阳能、风能、地热和其他能源。

将来，要实现氢经济，除了一些技术突破之外，还需要满足以下两个条件之一：核能或太阳能发电能力大幅度提高。别忘了，在纯粹的氢经济中，发电量必须比现在增加近一倍，因为运输业目前利用的所有来源于石油的能源都必须用电解产生的氢来代替。因此，发电厂的数量要翻番，并且所有矿物燃料发电厂都将被取代。

发电问题可能是氢经济所面临的最大障碍。一旦技术得到完善并且变得经济实用，那么在十到二十年之内，以氢为动力的燃料电池汽车就将取代汽油内燃机。但是，利用核能和太阳能发电可能不是那么容易：核能容易引起政治和环境问题，而目前的太阳能受到成本和地理位置的限制。

目前，将纯粹的氢燃料汽车投入使用的关键问题是氢的储存和运输问题。氢在常态下是一种体积庞大的气体，所以它不像汽油那样容易使用。压缩氢气需要消耗能量，而且压缩后的氢所能提供的能量也大大低于相同体积的汽油。然而，解决氢的储存问题的方案已经出现。
例如，氢可以以固态形式储存在一种名为硼氢化钠的化学物质中，最近的新闻中已经报道了这一技术，因为克莱斯勒公司正在对其进行测试。这种化学物质是用硼砂（许多清洁剂的常见成分之一）制造的。当硼氢化钠释放其中含有的氢之后，又重新转化为硼砂，从而实现了循环利用。

一旦储存问题得以解决并且能够标准化，就必须围绕它来建立氢站网络以及用于运输氢的基础设施。这一工作的主要障碍可能是技术筛选过程。只有研究出一种能被市场普遍接受的储存技术，氢站才会迅速发展起来。例如，如果所有制造商生产的所有氢能汽车都使用硼氢化钠，那么氢站网络可能会迅速发展；然而，历史经验表明，这种标准化迅速出现的可能性并不大。

也有可能出现技术上的突破，从而迅速改变竞争形势。例如，如果有人能够研制出一种价格低廉的、可再充电且充电时间短的大容量电池，那么电车就不再需要燃料电池，也没有必要使用氢了。那时，汽车将可以直接充电。

前景

在未来几个月内，您将会听到越来越多关于氢经济的新闻，因为利用氢的呼声日渐高涨。矿物燃料经济所造成的环境问题，再加上燃料电池技术方面的突破，将推动我们迈出走向氢经济的第一步。
我们将看到的最明显的进步是燃料电池汽车的市场化。尽管它们最初是由汽油和重整器提供动力，但是相对于内燃机而言，燃料电池有两个重大改进：

效率大约提高了一倍。
可以大大减少空气污染。
由于具有上述优势，用汽油提供动力的燃料电池汽车将是一种绝佳的过渡性产品。
实现纯粹的氢经济任重而道远。发电厂必须改用可再生能源，而市场必须就如何储存和运输氢达成一致。这些障碍可能使向氢经济的转变成为一个相当漫长的过程。