氫經(jīng)濟(jì)時代
自20世紀(jì)90年代中期起，許多問題集中出現(xiàn)，如城市空氣污染日益嚴(yán)重、低排放或零排放車輛的需求持續(xù)增加、石油對進(jìn)口依賴加重、全球氣候變暖加快等等。同時，伴隨著日漸高漲的全球能源緊缺呼聲，許多國家都開始實施能源多樣化戰(zhàn)略，加大新能源的研發(fā)力度，探索代替石油等化石燃料的清潔能源技術(shù)。
在各種新能源中，氫能源被認(rèn)為最有可能大批量投入實際使用。許多國家都展開了對氫能的開發(fā)利用。美國、日本等國都大力發(fā)展本國氫燃料電池，以及氫的制造、運輸、儲存技術(shù)。
氫氣生產(chǎn)方法不同，其投資額和邊際成本也不一樣。制氫的能源和燃料也有多種來源，能源有天然氣、核能、太陽能、風(fēng)力等，燃料有生物燃料、煤炭等。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，煤炭制氫最便宜，但是這一方法產(chǎn)生的高污染又會使氫氣科技的環(huán)保性蕩然無存。天然氣制氫則很好地擺脫了這一問題。因此想要開啟氫經(jīng)濟(jì)時代，首先就要尋找出經(jīng)濟(jì)實惠的大量生產(chǎn)天然氣的方法。長期以來，這一問題一直阻礙著人類社會邁入一個清潔的低碳?xì)淙剂蠒r代。
從現(xiàn)有天然氣電廠“抽”氫
荷蘭及法國的一些化學(xué)家指出，建造花費巨大的新工廠不切實際，改造已有的天然氣發(fā)電廠更加現(xiàn)實。但是有批評指出，將現(xiàn)有天然氣發(fā)電廠進(jìn)行翻新可能會使效率低下。不過要想逾越通向氫時代的障礙，目前也只能采用現(xiàn)有的化石燃料技術(shù)。
盡管將氫轉(zhuǎn)化為能量所需的廉價燃料電池及其他技術(shù)都已相當(dāng)成熟，但是目前還未找到大量生產(chǎn)氫的方法。荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)的加蒂·羅騰博格團(tuán)隊與其法國里昂大學(xué)的同事們認(rèn)為由于能源市場相對保守，只有使用現(xiàn)有礦物燃料基礎(chǔ)設(shè)施才比較實際，并且有成功的可能。他們的團(tuán)隊開發(fā)了一種催化劑，據(jù)稱可以模仿沼氣發(fā)電廠的燃料室，在燃燒室里分解甲烷、產(chǎn)生氫氣。而且這一方法對現(xiàn)有發(fā)電廠的改動很小。
焦炭沉淀物問題
對于到底應(yīng)該使用哪種催化劑，研究者們經(jīng)過了多種嘗試。他們試過鈰的氧化物以及鎳催化劑，將甲烷和氧氣的混合氣體加熱至400℃至500℃來模擬發(fā)電廠內(nèi)的情形。最開始，甲烷燃燒消耗掉所有的氧氣并產(chǎn)生熱量。接著，在催化劑及熱量的作用下，剩余的沼氣分解成固態(tài)的碳和氫氣。兩個甲烷分子包8個氫原子可以產(chǎn)生大約2個氫氣分子——使用這一方法氫氣的實際產(chǎn)生率約為25％至30％。
在發(fā)電廠內(nèi)，在這一過程中產(chǎn)生的部分熱量會像平常一樣用于發(fā)電，這樣可以利用浪費的能量從而提高整個效能。
實驗顯示，催化劑在被固態(tài)碳堵塞前，可以連續(xù)有效工作7小時。據(jù)研究小組的久瑞安·貝克爾斯介紹，即使催化劑被堵住，也很好清理，因為這些焦炭沉淀物很容易燃燒。他還說：“改變在燃燒室內(nèi)的混合氣體也是一種減少焦炭沉淀物的方法。”不過后來他又補充說，研究人員們也不確定是否能在真正的天然氣發(fā)電廠內(nèi)實現(xiàn)這樣的控制水平。
生產(chǎn)氫氣能耗高
哈里斯指出，全世界大約95％的氫氣都是從天然氣中獲取的，使用的正是石化燃料轉(zhuǎn)化爐。在轉(zhuǎn)化爐中，天然氣與蒸汽反應(yīng)產(chǎn)生氫氣和二氧化碳。這一過程實際產(chǎn)生氫氣的效率大約為65％至70％。他說，在找到生產(chǎn)氫氣的可再生資源之前，這一效率已經(jīng)夠用。
但瑞士聯(lián)邦科技學(xué)院的阿爾多·史丹菲爾德卻持不同意見。他指出要產(chǎn)生需要的蒸汽，必定要消耗一定的燃料。相比而言，天然氣發(fā)電廠從天然氣中獲取能量的效率更高。他還說：“因為生產(chǎn)氫氣是一個高耗能過程，因此在轉(zhuǎn)爐中用甲烷生產(chǎn)氫氣每千瓦/時產(chǎn)生的二氧化碳量更多。”
太陽能解決方案
史丹菲爾德的研究建議將注意力集中在太陽能上，因為太陽能可以提供熱量來分解甲烷并生產(chǎn)氫氣。他說：“通過這些復(fù)雜的過程，我們‘混合’太陽能及化石燃料產(chǎn)生的能量，將現(xiàn)有的以化石燃料為基礎(chǔ)的技術(shù)與未來的太陽能化學(xué)技術(shù)聯(lián)系起來。這樣能節(jié)省化石燃料，減少二氧化碳的排放，并且能為太陽能生產(chǎn)氫氣鋪路搭橋。”
不過，這一設(shè)想同許多其他提議（如用細(xì)菌酶生產(chǎn)氫氣）一樣還只處于理論階段。展望未來，如果能夠找到大量可持續(xù)生產(chǎn)氫的方法，或許可以開啟一個嶄新的氫經(jīng)濟(jì)時代。
