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明日綠色能源之星:氫

參考資料:經濟部能源局、奈米國家型科技計畫
全球暖化現象、油價不斷飆高以及面臨石油耗竭,都是目前全人類極為關切的問題。 前幾天 Birgit 發表一篇《不願面對的真相:石油耗竭》文章後, 最近剛好在商業型投資週刊中,看到了這篇「氫:石油終結的解藥」相關的報導。 於是想與各位一起分享,這個不同於,由煤所產生的氫氣;而是從乾淨能源、水電解所產生的氫。
什麼是氫?它的來源為何? 氫在地球上分布甚廣,海洋、湖泊、河川的水中含有11%的氫,而泥土中約有1.5%的氫, 其他的石油、天然氣和動植物體也含有氫;幾乎所有元素都能與氫生成化合物, 經化學作用很容易取氫,因此氫已被視為取之不盡、用之不絕的新能源。
氫做為燃料能源,有其優越之勢。根據中國工程院院長徐匡迪的分析, 氫的燃燒熱值高,每1,000克氫燃燒後的熱量約為汽油的三倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。 氫燃燒後的產物只有水,對環境無污染。氫可以由水(H2O)來製取,而水則是地球上最為豐富的資源。 而在實證上,氫做為燃料能源不會像燃燒石油一樣,產生任何足以導致溫室效應的化學物質, 所以,也不會引起酸雨和煙霧。
圖片來源:新浪新聞‧BMW氫內燃機汽車 (H2R)

實際上,氫能源的時代序幕已經打開了。 歐美和日本所研發使用氫燃料電池的汽車,經由氫和氧的化學反應,產生了電能、熱和水蒸氣, 沒有噪音的困擾,也不會排放二氧化碳、產生氮氧化物等有害氣體,可說是排放零污染。 而目前BMW和Mazda車廠己研發出「氫引擎」的車輛,也就是利用汽油引擎打入氫氣, 還能達到高效能的運轉。但這項關鍵技術,截至目前僅這兩家車廠敢公開發表而己。 這項研發,將對改善大氣層的溫室效應,和環境保護的效益,可說是無可計量。
冰島,為全世界第一個導入「氫經濟」的國家,有「綠色能源之國」的美譽。 近幾年來該國藉由與殼牌石油、挪威水電集團、戴姆勒克萊斯勒公司等跨國企業展開合作, 積極投入氫能源的開發和運用,且於2003年建造了冰島第一座加氫站 (Hydrogen), 並希望於2050年之前完全以氫為替代能源。並將國內所有運輸工具、甚至漁船等, 都不再使用石油產品做為動力能源之理想。 由於冰島推動「氫經濟」頗具成效,吸引不少亞洲國家的能源專家前去學習取氫之技術,以及運用經驗。
在美國「賭城」拉斯維加斯,也成了美國氫能源利用最成功的例子。 這兩座加氫站(氫氣補充站),一座位於市區內,另一座則在拉斯維加斯山谷水管區的溫泉保護園區 (LasVegas Valley Water District's Springs Preserve),目前則成了州內最新的觀光景點。 它們所利用的是太陽能發電過程中的電解作用,將氫從水中分解出來。 根據統計,氫燃料車每次加滿油後,平均可行駛約150哩長的距離。 目前除可供應當地加氫站一日的使用量,剩餘的電量還能傳送至內華達州的電力網。
在推動發展氫能源之前,談到如何製取氫?則是一門大學問。目前製取氫較常見的方法有四種: 一、利用太陽能產生的電力為催化劑,以水為原料,電解水生成氫和氧; 二、利用鈰氧化物與金組合為催化劑,以天然氣和化石燃料(石油、煤)為原料, 經由水和一氧化碳反應生成氫和二氧化碳; 三、利用鐵附加鈰氧化物為催化劑,以天然氣為原料,通過氣態轉化製取氫; 四、利用鎳、鋁和錫合金為催化劑,以動植物廢料為原料,通過高分子碳水化合物氫液態轉型製取氫。
此外,日本使用非化石燃料製造的氫能源,其中從微生物製取氫方式特別引人關注。 能源專家,已探索出地球上,共有十六種水中綠藻和三種紅藻,具有產生氫的能力。 另外還發現,有四種細菌也有產生氫的能力。 而人類的大腸桿菌、產氣桿菌和某些芽孢桿菌,和反芻動物胃中的細菌,也都具有不同程度的產氫能力。
國內中研院李遠哲博士曾發表,繼利用奈米技術將太陽的光能轉換成電能後,再用電能將水分解出氫來。 目前己研究出,奈米碳管是良好的儲氫媒介。 未來以奈米碳管為原料製成的燃料電池,將可應用小型電子產品。而對行動電話、筆記型電腦的待機時數 可以大幅增加到數個星期。缺電時,只要補充氫原料,不必再耗時充電了。
至於氫能源的運送與安全問題,也是氫能源想要達到市場化之前,所要面臨的嚴苛考驗。 當氫能源,得以以「電氣化」的方式輸送時,氫能源才有希望,可以成為未來長期持續發展的替代能源。 期盼各國科學家們,不斷努力和研究發展下,可使相關配套和條件能逐步成熟,繼而實現「氫能源時代」。
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