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氫能經濟:商業化之路還很遙遠

2008-11-05 15:41:59 零排放汽車網-專注新能源汽車,混合動力汽車,電動汽車,節能汽車等新聞資訊 網友評論 0

目前很多人認為,能源可以使人類從依賴礦物質燃料的窘境中徹底解放出來,并將有效抑制空氣污染。由于大量潔凈能源的使用,世界能源市場不久將演變為氫唱主角的氫能源經濟。但實際上,就像人類現在還無法攻克癌癥一樣,氫燃料汽車不會很快步入我們的生活。

在2004年美國總統大選中,布什和克里雖然分屬兩大陣營,但對氫經濟卻持相同觀點,對未來燃料電池的應用充滿信心。眾多環境學家和汽車制造商也對此推波助瀾,認為美國能源政策下一個重要主題就是制定氫能源政策,推動氫能源的迅速應用。一時間,氫能源經濟似乎很快就會成為現實。這里歸納了有關氫能源和燃料電池的九大常見錯誤觀念,提醒人們對氫能源經濟應該有清醒的認識,得出的結論是,氫能源經濟不會很快在美國出現。

氫作為燃料在自然界大量存在

氫是宇宙中最常見的元素之一,光是太陽每秒鐘就燃燒6億噸的氫,但可惜的是,人類生活的地球并不存在大量的氫資源供人類直接利用,大量的氫原子都是與其他元素捆綁在一起以分子形式存在,如水就是由氫和氧兩種元素構成的,氫的存在方式和石油完全不一樣。由于這種特殊的存在方式,我們要想利用氫原子作為能源,首先必須將氫分離出來之后才能制造出各種氫燃料電池,由于氫分離的過程首先要消耗能量,按照能量守恒定律,我們從這些氫燃料電池獲得的能量將永遠不會超過氫分離過程中所消耗的能量。

世界現代燃料電池之父杰弗里將這種過程表述為:氫實際上只是一種流通手段,而不是一個首要的能量來源,它只是獲得能量的一個途徑,這個途徑將創造能量的部門和使用能量的部門聯系起來。

氫燃料電池將終結全球變暖

盡管氫燃料電池本身不會像內燃機那樣向大氣中排放二氧化碳,但由于氫的存在方式具有特殊性,制造氫燃料電池的過程仍然無法避免污染。目前制造氫的工藝主要有兩種,一種是從天然氣中提取氫,這個過程本身仍然會向大氣中排放大量的二氧化碳,另一種是通過電解工藝從水中提取氫,由于這個過程需要大量的能源,如果這些能源來自于那些靠礦物質燃料發電的電廠,這個過程依然是非常污染和不潔凈的。

此外,氫被制備出來以后,這些氫還要被壓縮和運輸才能被最終使用,如果這些過程使用了傳統的礦物質燃料,結果可想而知,與直接利用礦物質燃料相比,我們使用氫燃料電池會向大氣中排放出更多的二氧化碳。

事實上,如果人類所駕駛的汽車所采用的氫燃料來源于天然氣或水的話,將會凈增加大氣中二氧化碳的排放量。盡管采用氫能源的汽車實現了零污染,就像電燈實現了零污染一樣,靠燃燒礦物質發電的電廠卻從來不會實現零污染。

對于短期來說,應用核能發電生產氫燃料可能是減少二氧化碳排放量的一種方法,這種方法理論上可以降低大氣中二氧化碳的排放量,但由于核能的應用將引發核污染問題,專家們認為,從長期的觀點來看,應用核能生產氫燃料代價非常高,因此這個方法并不可取。

氫經濟可依賴再生能源進行生產

用太陽能和風能這些可再生的能源去生產氫能源,理論上可以消除礦物質燃料和核能所帶來的污染,但這里出現了一個新的問題,那就是可再生能源只能解決極小部分氫能源問題,對于氫能源經濟來說等于杯水車薪。

1998年到2003年,美國風能發電的能力增加了28%,達到6374兆瓦,大約可以滿足160萬個家庭用電的需求。到2020年,美國計劃使風能發電能力達到全國6%的用電需求。如果美國所有汽車都使用氫燃料,則需要100萬個渦輪發電機組,光安裝這些發電機組就需要半個加利福尼亞才能裝得下,同樣,太陽能電池板也需要大面積的土地作為存身之處,才能實現發電。

水是氫生產過程中的另一個制約因子,太陽充足的地區往往水量很少,盡管非常適合太陽能發電,但并不適合生產氫能源。美國水資源研究所的數據表明,美國每年需要4.2萬億加侖的水才能滿足氫能源經濟的需求,這大約相當尼亞加拉瀑布每3個月的水量,為滿足氫能源經濟,美國的水消耗總量將增加10%。

不用過分擔心氫氣的泄漏問題

氫氣是一種無色無嗅的氣體,它的燃燒過程幾乎不可見。加氣站發生小的泄漏事故并不易覺察,也許只有到火著到你的褲子時你才能發現它的存在。另一方面,壓縮氫氣并不需要很大的能量才能點燃,手提電話、閃電等的電火花就足以點燃氫氣。盡管汽車油箱通過采用碳纖維強化技術可以有效防止泄露事故,但星羅棋布的加油站、管道和純化工廠卻很難完全消除泄漏隱患,氫的利用過程中最大的缺陷是它的氣體狀態,而我們目前大部分石油制品都是以液體狀態存在,這需要所有的基礎設施都要符合高壓氣體或者低溫液態氫的保存條件,這將大大增加這些基礎設施的復雜程度。氫是一種極難控制的物質,它總是試圖通過最小的縫隙逃離限制。

美國加利福尼亞州技術和飛機推進研究所對氫泄漏引發的環境問題進行了研究,數據表明:如果美國所有的能源來源于氫燃料,假設所用的氫每年有10%-20%發生泄露,大氣當中的氫原子則會增加4到8倍。盡管這種估計對氫的泄露有些夸大,但不管這個泄露量是多少,氫原子的泄露將會導致空氣中的氫原子與氧原子結合產生大量的水,這些大量懸浮在大氣中的水霧將會大大增加氣候變暖的程度。

氫燃料電池要首先用于汽車工業

解決氣候變暖將不會只從汽車開始,目前美國小汽車和輕型卡車的二氧化碳排放量只占總量的20%,而依靠礦物質作為燃料的發電廠則每年排出40%的二氧化碳,制造汽車用的燃料電池不僅要符合苛刻的條件,而且還受重量和體積的限制。

解決環境變暖更好的解決方法是推遲制造使用氫燃料作動力的汽車,換之以使用氫燃料電池技術進行發電。目前美國已經有4家公司開始銷售他們的氫燃料電池發電裝置,但可惜的是,這4家公司的年發電量只有69兆瓦,不到美國全年總發電量944000兆瓦的0.01%。

美國正投巨資進行氫能源研究

美國總統喬治?.布什承諾將花費120億美元進行氫能源的研究工作,然而,美國推行“健康婚姻”的預算就達到了150億美元;美國伊拉克戰爭每個月的花費就達到了390億美元,到去年9月份,美國已為伊拉克戰爭花費了12100億美元。事實上,2004年美國能源部在核能和礦物質燃料方面的研究經費大大高于氫燃料的研究。

按照美國聯邦政府的計劃,美國聯邦政府將和美國三大汽車巨頭一道聯手進行氫燃料的研究,他們計劃將在2008年推出第一輛樣車,而這些汽車何時能投入市場至今還遙遙無期。

專家預計,美國要想進一步加強氫能源的研究,就必須加大對研究經費的投入。計算機模擬數字表明:如果美國40%的汽車使用氫燃料電池作為動力的話,建立氫能源經濟的費用將超過50000億美元。

如果目前以氫燃料作為動力的汽車數量沒有增加到一定程度的話,美國一些像殼牌這樣的大石油公司并不愿意對氫能源的生產、運輸、加油設施和儲存裝置等進行投入,而另一個窘境是,如果汽車駕駛員無法方便地找到補充氫燃料地點的話,汽車廠家也不愿意投巨資進行氫燃料汽車的生產,汽車廠家認為美國的加油站有1/3應該提供氫燃料,否則他們不可能大規模生產氫燃料汽車。

美國加利福尼亞州計劃將在2010年以前在加州高速公路上設立150-200個加氣站,每個加氣站的造價高達50萬美元,按照這樣的預算,全美100775個加油站中如果25%改造成加氣站的話,造價高達130億美元。

冰島能做的事別國也能做

冰島第一個加氣站已經在首都雷克雅未克的市郊進行商業化運營,攜帶氫燃料的公共汽車開始走遍冰島的大街小巷,冰島的氫燃料都是通過電解水的方法獲得。此外,冰島還成立了由汽車制造商和電力公司組成的新能源聯盟,他們計劃把冰島整個國家變成一個完全使用氫燃料的系統。

然而這個令人稱道的計劃卻不具備推廣意義,因為冰島72%的電力供應來源于地熱和水利發電,由于有龐大的可利用的清潔能源供應,冰島可以直接用全國電網進行電解水生產氫燃料。對于美國來講,這是根本無法實現的事情,在美國,地熱和水利發電只占全國發電量的15%,高達71%的電力供應來源于礦物質燃料。

另一個問題是加氣站的數量問題,在冰島,16個加氣站就可以滿足全國的需要,而在美國,這個數量要增加90倍,需要1440個加氣站才能供應全國的燃料需求,這些加氣站還要有非常合理的地區分布,并讓所有駕駛者都能知道加氣的地點。

采用氫燃料的車可做到物美價廉

簡單的大規模生產并不足以降低氫燃料汽車的價格,按照今天的燃料電池生產技術,即使達到50萬輛的生產能力,氫燃料汽車的價格仍是目前汽車價格的6倍。盡管通用汽車公司宣布將在2010推出商業化氫燃料汽車,但汽車廠商目前對即將投入使用的質子交換膜燃料電池的表現表示憂慮,因為它目前還不能達到內燃機15年或17萬英里的最低運行壽命,現在的燃料電池的壽命只能達到2000個小時。

專家預測,在短期內,傳統的以汽油為燃料的汽車將會被汽油和電池混合驅動汽車、高清潔柴油車、天然氣汽車、甲醛和乙醛汽車所取代,很多專家預計氫能源真正實現全面應用還需要幾十年的時間。

單次充氫后車可行駛數百英里

一加侖汽油是一加侖氫氣能量的2600倍,氫燃料汽車如果像目前的內燃引擎一樣,一次充氣行駛里程達到300英里,氫氣將被壓縮成極高的壓力狀態,每平方英寸將達到10000磅。即使在這樣的高壓下,氫燃料汽車的燃料箱還是十分巨大,將是目前油箱的4倍。液態氫燃料相對好一些,通用汽車公司的液態氫燃料汽車可以一次行駛250英里,它的“油箱”大約是傳統油箱體積的2倍,但是這種液態氫燃料汽車必須每天行駛,因為液態氫被冷卻到零下253°c,一旦停下來,氫很快就會被蒸發掉,如果你連續一周不使用的話,你的汽車“油箱”里可能連一“滴”氫氣都沒有了。

編后語:

不用氫,我們用什么來降低溫室效應?顯然,在不遠的將來,依靠氫能源降低全球氣候變化的希望是渺茫的。美國國家研究委員會的報告表明,氫能源的應用還存在很多障礙,政府必須進一步降低有害氣體的排放標準,加大對可再生能源的研究力度。盡管氫能源的前景廣闊,但很多專家認為技術本身將對氫能源的直接利用發揮關鍵作用。

目前降低汽車排放最好的例子是汽油和電力混合驅動汽車,這種汽車既具備內燃機引擎,還可以用電力驅動,并可以在兩種驅動之間實現無縫轉換。目前這種混合驅動汽車在美國的銷售勢頭很好,越來越多的汽車制造廠商正在加入這種汽車的生產隊伍。此外采用超輕的材料例如塑料、玻璃纖維、鈦金屬、鎂金屬和碳纖維的應用,以及開發更輕的引擎等也會減少動力需求,從而降低燃料電池與礦物質燃料之間巨大的價格差距。

等待用氫能源經濟拯救人類是不現實的,如果在今后的10年內我們不能有效減少溫室氣體排放,歷史將會懲罰我們,我們的后代將會在更惡劣的環境中苦苦生存,而且這種趨勢還將進一步持續下去。

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作者:0car0.com 來源:chinaev

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