解读氢能：洁净高效的新能源

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核心提示：专家普遍认为，21世纪最有前途的能源有两种：一种是氢能，另一种是受控核聚变能。贮氢合金在冷却或加压时能吸入氢气，与金属形成金属氢化物；当加热或减压时，金属氢化物会重新分解出氢气以供利用。
     专家普遍认为，21世纪最有前途的能源有两种：一种是氢能，另一种是受控核聚变能。而这两种能源都与氢元素息息相关，前者直接利用氢，后者则利用氢的同位素——氘。
　　氢蕴藏于浩瀚的海洋之中。海洋的总体积约为13.7亿立方千米，若把其中的氢提炼出来，约有1.4×1017吨，所产生的热量是地球上矿物燃料的9000倍。氢是一种极为优越的新能源，其主要优点有：
( @* [) I9 }2 w* Z" }8 y. Y　　燃烧热值高每千克氢燃烧后能放出142.35千焦的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。
　　清洁无污染燃烧的产物是水，对环境无任何污染。
- x- v: e0 q5 e3 Q1 Y1 H+ y　　资源丰富氢气可以由水分解制取，而水是地球上最为丰富的资源。
　　适用范围广贮氢燃料电池既可用于汽车、飞机、宇宙飞船，又可用于其他场合供能。
4 f  [& [5 F; g( @　　开发氢能的关键技术包括两方面：一方面要解决制氢问题，另一方面要解决氢的贮存及运输问题。
　　制氢工艺
% b0 \. ?& c# ~* ?. w　　氢气能否作为燃料广泛使用，关键在于制氢工艺。作为大规模生产氢的主要途径，电解水无疑是最可行的。然而，水分子中的氢原子结合得十分紧密，电解时要耗用大量的电力，比燃烧氢气本身所产生的能量还要多。如果这些电力来自火力发电站，就失去使用氢燃料的意义，在经济上不足取。
6 t' b5 u( P' g5 Z; d　　基于此，人们想到了利用太阳能发电和水力发电等提供电力。首先使这一设想付诸实施的，是1986年在加拿大魁北克省启动的“水力氢试验计划”，该计划由加拿大和欧洲合作，利用魁北克省丰富的水力资源提供电力，并用高性能离子交换膜电解水，所产生的氢气吸附在一种贮氢合金内，运往消费地――欧洲。据报导，用该工艺方法生产氢的成本，已接近天然气的生产成本。
　　美国夏威夷大学开发了一种光电制氢工艺，用一片很薄的半导体悬于水中，仅利用太阳能就能产生出氢。位于科罗拉多州的政府氢实验室、迈阿密大学等正在开发另一种有希望的方法，通过用光线照射的某些微生物，它们便能像一个自发的活反应体一样，从水中产生出氢气和氧气。
　　日本通产省从1993年开始实施“氢利用清洁能源计划”。该计划提出了将在太平洋上赤道位置建立“太阳光发电岛”，以太阳能电解水制得的氢，去推动以氢作燃料的燃气轮机，建成新型的火力发电站。日本工业技术院人士认为，从成本上看，氢发电是大有希望的，若能建立起氢的大量供给系统，其需求将有可能急剧增大。用氢取代城市煤气，只是诸多用途之一，日本的目标是以氢发电为突破口，逐步摆脱对石油的依赖。
　　贮氢方法
$ j+ r5 L  J7 s: J$ J, M" E　　氢还有另一大难题是贮存。氢气很轻，它必须经过压缩或在极低的温度下液化，其浓度才能达到成为一种有用燃料的要求。
( Q3 [' T/ |! F& ]　　为了克服这一难题，研究人员以固态存储方法——用贮氢合金吸收和贮存氢。
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　　当用贮氢合金制成的容器冷却和压入氢时，氢燃料的浓度可与压缩天然气系统相比，但重量较轻、体积较小。加热这一贮存系统或降低其内部压力，氢就会释放出来。
　　贮氢合金的工作原理是：氢原子贮存于金属结晶间隙，以氢化物的形态存在，这种金属氢化物有很好的安全性和经济效益。贮氢合金在冷却或加压时能吸入氢气，与金属形成金属氢化物；当加热或减压时，金属氢化物会重新分解出氢气以供利用。