氢能发电厂——趋势和前景

尽管长期以来核电站一直被认为是非常安全的，但2011年日本福岛核电站事故再次迫使全球能源工程师思考此类能源可能带来的环境问题。

许多国家的政府，包括一些欧盟国家，已明确表示有意将其经济转向替代能源，不惜一切代价，承诺在未来 5 至 10 年内为该行业投资数十亿欧元。这种替代品中最有前途和对环境安全的类型之一是氢。

如果煤、天然气和石油真的用完了，那么海洋中就会有无限的氢，尽管它不是以纯净的形式储存在那里，而是以与氧的化合物的形式——以水的形式储存。

氢是最环保的能源。获取、运输、储存和使用氢需要扩展我们对氢与金属相互作用的了解。

这里有很多问题。这里只是其中一些等待解决的问题：使用膜过滤器（例如，从钯中）生产高纯度氢同位素，创造技术上有利的氢电池，与材料的氢成本作斗争等问题。

与其他传统能源相比，氢气的环保安全性毋庸置疑：氢气燃烧的产物又是蒸汽形式的水，而且完全无毒。

氢气作为燃料可以很容易地用于内燃机而无需根本改变，也可以用于涡轮机，并且可以获得比汽油更多的能量。如果汽油在空气中的燃烧比热约为 44 MJ/kg，那么氢气的这个数字约为 141 MJ/kg，高出 3 倍多。石油产品也有毒。

氢气的储存和运输不会造成特别的问题，物流与丙烷类似，但氢气比甲烷更具爆炸性，因此这里仍有一些细微差别。

储氢方案如下。第一种方式是传统的压缩液化，这时需要保证其超低温才能维持氢气的液态。这很贵。

第二种方法更有前途——它基于某些复合金属海绵（钒、钛和铁的高度多孔合金）主动吸收氢并在低热条件下释放氢的能力。

如今，Enel 和 BP 等领先的石油和天然气公司正在积极开发氢能。几年前，意大利Enel启动了世界上第一座不污染大气、不排放温室气体的氢能发电厂。但这个方向的主要燃点在于以下问题：如何使氢的工业生产成本更低？

问题是 电解水 需要大量电力，如果通过电解水精确地生产氢气，那么对于一个国家的经济来说，这种工业生产氢气的方法将非常昂贵：三倍，甚至四倍, 以石油产品的等效燃烧热计算. 此外, 工业电解槽中一平方米的电极每小时最多可获得 5 立方米的气体。这是缓慢的并且在经济上不切实际。

以工业规模生产氢气的最有前途的方法之一是等离子体化学方法。在这里，获得氢气比通过电解水更便宜。在非平衡等离子管中，电流通过磁场中的电离气体，在将能量从“加热”的电子转移到气体分子的过程中发生化学反应。

气体的温度在 +300 至 +1000°C 之间，而导致产生氢气的反应速率高于电解。这种方法使得获得氢气成为可能，事实证明，氢气比从碳氢化合物中获取的传统燃料贵两倍（而不是三倍）。

等离子化学过程分两个阶段进行：首先，二氧化碳分解为氧气和一氧化碳，然后一氧化碳与水蒸气发生反应，从而产生氢气和与开始时相同的二氧化碳（未被消耗，如果您查看整个循环转换）。

在实验阶段——从硫化氢中等离子化学生产氢气，在气田和油田的开发过程中，硫化氢仍然是一种无处不在的有害产物。旋转的等离子体只是通过离心力将硫分子从反应区喷射出来，并排除了转化为硫化氢的逆反应。该技术与传统类型的化石燃料生产的氢气价格持平，此外，同时开采硫磺。

而日本今天已经着手实际开发氢能。 Kawasaki Heavy Industries 和 Obayashi 计划到 2018 年开始使用氢能为神户市供电。他们将成为真正开始使用氢进行大规模电力生产的先驱，而且几乎没有有害排放物。

一座1兆瓦的氢能发电厂将直接建在神户，在那里它将为一个国际会议中心和10,000名当地居民的工作办公室供电。而电站在氢气发电过程中产生的热量，将成为当地住宅和办公楼的高效供暖。

川崎重工生产的燃气轮机当然不会供应纯氢气，而是供应仅含 20% 氢气和 80% 天然气的混合燃料。该工厂每年将消耗相当于 20,000 辆氢燃料电池汽车，但这一经验将成为日本及其他地区主要氢能发展的开始。

氢储备将直接储存在发电厂境内，即使发生地震或其他自然灾害，站内仍有燃料，站内重要通讯也不会中断。到 2020 年，神户港将拥有主要氢进口的基础设施，因为川崎重工计划在日本开发一个大型氢电厂网络。