氫經(jīng)濟時代
自20世紀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重、低排放或零排放車輛的需求持續(xù)增加、石油對進口依賴加重、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。
在各種新能源中，氫能源被認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。
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)濟時代，首先就要尋找出經(jīng)濟實惠的大量生產(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氫燃料時代。
從現(xiàn)有天然氣電廠“抽”氫
荷蘭及法國的一些化學家指出，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。
盡管將氫轉(zhuǎn)化為能量所需的廉價燃料電池及其他技術都已相當成熟，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的加蒂·羅騰博格團隊與其法國里昂大學的同事們認為由于能源市場相對保守，只有使用現(xiàn)有礦物燃料基礎設施才比較實際，并且有成功的可能。他們的團隊開發(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的技術與未來的太陽能化學技術聯(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，這一設想同許多其他提議（如用細菌酶生產(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)濟時代。
