要說對氫燃料電池，再也沒有比日本更加執(zhí)著的。12月15日，豐田即將在國內(nèi)開售全新氫燃料電池汽車Mirai，本田FCV量產(chǎn)車型也將于明年3月下旬在日本上市。豐田能夠堅持20年的研發(fā)，離不開日本舉國力的支持，歸根結(jié)底，是日本政府對于真正掌握一項能源技術(shù)、不受制于人的渴求。先來看看，氫氣是怎么來的。
如果不是那場海嘯引發(fā)的核泄漏，日本可能不會放棄純電動車的計劃。日本關(guān)閉全部核電站讓所有車企意識到原本利用夜間剩余電力充電的夢想無法實現(xiàn)了。面對日益高漲的石化燃料價格以及日本國內(nèi)越來越大的能源漏洞，日本開始尋找真正的可替代能源。這項能源或許暫時是不清潔的，暫時是高成本的，但一定是要有希望的，能真正掌握的。
不是日本沒有考慮過天然氣，也不是說甲烷燃料電池的劣勢太多，真正讓日本放棄天然氣的主因之一就在于這項能源的多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)都不在日本手里。這意味著未來如果使用天然氣類能源，仍將向海外支付大筆的專利費用。氫氣不存在這種情況，目前日本掌握的相關(guān)氫能源的專利遙遙領(lǐng)先，國內(nèi)氫能源規(guī)模在全球或許不是最大的，但實用率卻是最高的。
做為長期的規(guī)劃，氫元素因為蘊藏量巨大而受到青睞，但關(guān)鍵在于，自然界中以單質(zhì)氫氣存在相當(dāng)少見，制氫就成為使用氫能源的大問題。制氫技術(shù)需要考慮環(huán)境、經(jīng)濟、實用等方面，因此目前制氫多采用電解鹽水、冶煉等高碳排放技術(shù)，未來逐步推廣到可再生能源電解水、生物制氫、太陽能等低碳技術(shù)。
副產(chǎn)品氫氣
氫氣在很多行業(yè)以一種副產(chǎn)品的形式存在，這些行業(yè)主要集中在制堿和冶煉等高溫工業(yè)領(lǐng)域。由于氫氣并不是最終的生產(chǎn)目標(biāo)，所以導(dǎo)致副生氫氣在規(guī)模、成本和品質(zhì)方面有一定的差距。
比如電解鹽水工業(yè)應(yīng)用中，雖然氫氣的純度較高但產(chǎn)量較少同時成本較高。冶鐵制鐵等高溫行業(yè)雖然也會產(chǎn)生大量的氫氣，但這種氫氣的純度不高，而且多數(shù)工廠生產(chǎn)的氫氣一般自給自足，并不會外售。冶煉工廠在產(chǎn)量滿足自身需求之后，才會對外出售氫氣，但產(chǎn)量不大且供給關(guān)系不穩(wěn)定。
制堿工業(yè)雖然對氫氣的需求量不大而且多數(shù)會外售，但制堿工廠需要鹽、水和電。其中電力依然需要自己生產(chǎn)，最后經(jīng)過制堿工廠最終產(chǎn)生氯氣、氫氣和苛性堿(主要為氫氧化鈉)。氫氣經(jīng)過壓縮精制后依據(jù)需求制成液化氫或壓縮氫供給民用。
化石燃料反應(yīng)
目前絕大多數(shù)氫氣來自天然氣和石油燃料反應(yīng)。目前比較主流的是依靠天然氣和水的反應(yīng)，甲烷和水經(jīng)過高溫產(chǎn)生一氧化碳和氫氣。常規(guī)理論上，這部分一氧化碳和氫氣通常被用來還原金屬脫硫等應(yīng)用。不僅天然氣，工業(yè)上也常用無煙煤或焦炭作為原材料與水蒸氣高溫發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生水煤氣(一氧化碳和氫氣的混合物)，然后再與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)制得氫氣。通常這種方法制氫成本較低產(chǎn)量較大，設(shè)備較多。
用此種方法制氫需要800℃以上的高溫，化學(xué)公式中甲烷和水的比例是一比一，但在實際應(yīng)用中這個比例通常要達(dá)到一比三，過多的水分參與會浪費絕大多數(shù)熱量。生產(chǎn)出二氧化碳和氫氣之后，可以將氣體壓入水中溶去二氧化碳，最終得到較高純度的氫氣。
電解水
電解水制氫主要分為制堿工業(yè)中的電解鹽水和電解純水兩種方式。就目前而言，電解純水相對電解鹽水成本更高。這是因為鹽水中富含大量的正負(fù)離子，在傳導(dǎo)電流方面有著純水不可比擬的優(yōu)勢。電解鹽水的副產(chǎn)品是苛性堿、氯氣、氫氣、氧氣，而電解純水的產(chǎn)物只有氧氣和氫氣。
兩者制備氫氣的純度相仿，都可以達(dá)到99.99%，但鹽水電解要更具規(guī)模更容易形成產(chǎn)業(yè)化，電解水在速度和能耗兩方面依舊比不上電解鹽水。
雖說電解水在成本上難以控制，但這卻是未來最值得關(guān)注的技術(shù)。一方面氫氣可以起到儲存電能的功效，可以使風(fēng)力、太陽能以及再生能源統(tǒng)統(tǒng)轉(zhuǎn)化成電能，然后將電能以氫氣的方式儲存起來。夜間富余電能過多，也可以用氫氣存儲，最終達(dá)到電力供應(yīng)削峰填谷的目的。
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