氢解

最近的新闻国家战略氢把这个潜在的燃料解决方案带回到前台。但氢气是什么，它为什么重要呢?

2021年3月11日的《宇宙简报》称，氢将在未来十年加速成为一种燃料来源，但我们需要观察它的使用地点。

纽卡斯尔大学的化学工程师杰西卡·艾伦(Jessica Allen)和伊迪丝·考恩大学的电气工程师亚当·奥塞兰(Adam Osseiran)讨论了氢在能源工业中的化学和未来。

会议由澳大利亚皇家科学院首席科学家艾伦·达菲主持。

氢的化学

氢是世界上研究得最好的元素之一。纯形式下，它是一种气体，是宇宙中最丰富的元素。

纯氢在工业上已经使用了几十年。但目前对氢的兴趣主要是作为一种能源能源和电力。氢气可以燃烧产生水蒸气和能源或电力:这是一种潜在的清洁能源。抓住吗?制作它也需要能量。

在这种情况下，艾伦将氢描述为“几乎是一种电池”。所以你通过制造氢气给它充电然后用氢气给它放电。”

生产和碳排放

纯氢在地球表面并不大量存在。奥塞伊朗说:“它是宇宙中最丰富的元素，实际上是无限的……(但)作为气体，我们必须制造它。”

制造氢气的方法有很多种，排放量也各不相同。目前，氢的生产是碳密集型的。

“主要来自天然气。所以是甲烷，”艾伦说。

“当我们用这种方式制造氢气时，因为我们一开始有一些碳，我们也会制造一些CO₂．所以这不是一个低排放的氢气生产途径，除非我们也捕获和储存二氧化碳。另一种制造氢的方法是通过电解和水分裂。同样，如果电解的电力来自燃煤发电或电网，我们可以用一种仍然有碳排放的方式来生产它。或者我们可以用一种绿色的方式，利用太阳能和风能来分解水。”

奥塞伊兰说，有很多方法可以根据氢气的产量来给它贴上标签。“我们给它起了名字，给它涂了颜色。”

“棕色氢是由煤和天然气等化石燃料产生的，而灰色氢又是从化石燃料中获得的。”

“蓝色氢气和灰色氢气的过程相似，只是我们捕获了CO₂把它放在一个够不到的地方，让它离开大气层。”

白色氢气是由塑料制成的，在这个过程中会产生一氧化碳。绿色氢——由水电解而成——是唯一真正无碳的氢。

使用

艾伦说:“一旦我们制造出了氢，我们可以用它做很多事情。”“如果我们谈论的是电力和能源，从氢气中获得电力的最好方法是将其放入燃料电池。这是最有效的技术。”

“在电解过程中，我们放入电和水，然后得到氢和氧。在燃料电池中，我们输入氢气，就能得到电和水。”

尽管氢燃料在其他领域也有潜力，但Allen和Osseiran都认为氢燃料最直接的应用是少量的——比如汽车燃料电池。

也就是说，氢在各个领域都有应用。艾伦说:“人们很容易把能源看作电力。”“但如果你是一名化学工程师，我们知道有很多不同的制造过程需要能量输入，而不一定是电能输入。”

扩大

“氢能如何竞争?怎样才能扩大规模呢?这是一场经济演习。”

他补充说，因为氢是如此丰富，我们不会像其他资源那样耗尽氢。问题不在于它能否被生产出来，而在于是否有足够多的行业愿意使用它。

储存和运输

那么，为什么我们还没有全部使用氢呢?保存和移动它是有挑战的。

“氢是一种气体，它是一种想要扩散的轻气体。所以它想要占据很多空间，”艾伦说。

“我们计划建造类似液化天然气的氢运输船……这项技术是新技术……仍在开发中。”

储存它的技术包括压缩气体，或与氨反应生成液体，”这更容易运输。事实上，这已经是一个商业航运贸易。”

解决方案是有的，但还没有投入商业运营。

环境

除了碳排放之外，大规模使用氢能还需要考虑环境问题，但奥塞兰和艾伦都相信，这些挑战比目前化石燃料行业带来的环境挑战要小。

据奥塞兰说，燃烧氢气“除了水和一些热量外不会产生其他东西，因为这是任何化学反应都会发生的”。

艾伦说，这种方法产生的水蒸气比化石燃料产生的水蒸气少。“这比我们现在所做的要少得多。”

如前所述，制造氢气通常需要水。但并没有原油提炼那么多:事实上，艾伦说，提炼原油所需的水是制造氢气所需的“大约10倍”。

还有其他资源方面的挑战，但没有一个是无法克服的——艾伦强调，铂是一种潜在的稀缺资源。

“铂是电解和燃料电池的首选催化剂。铂金非常昂贵。”

“铂金的来源确实需要谨慎。”

但目前正在开发的技术可以将铂的需求量降到最低。

未来

下一个十年会发生什么?据奥塞兰和艾伦说，大规模的氢燃料还有很长的路要走，但小规模的生产正在快速进行。

艾伦说:“也许到这个十年结束的时候，一个家庭就有可能完全实现能源独立，由氢提供动力。”

尽管规模不大，但可能产生巨大的影响。奥塞伊朗说:“地缘政治层面也会发生范式转变，因为届时许多国家将完全独立于化石燃料供应链之外。”

相关阅读:氢燃料再次成为人们关注的焦点