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2019年11月14日 | 一篇有趣的分析文章：氢气大战天启四骑士
2019-11-14 来源：新能源网 china-nengyuan.com
当我们想到碳排放时，我们往往会想到能源和交通，就像工厂排放的烟或汽车排放的尾气。但是这些加起来还不到全球碳排放量的一半。就像《启示录》中的天启四骑士一样，气候危机也有四个骑士：能源和供暖、交通、农业和工业。
如果我们要解决气候变化问题，就必须解决这四个“骑士”。这些不同的问题无疑需要不同的解决方案，但有一项技术可以帮助解决所有问题：通过电解生产氢气。
如果我们能找到一种更有效的让电流通过水的方法，那么许多问题会变得更容易解决，这几乎是令人惊讶的。
能源
全球电力约占碳排放的25%。
过去几年里，风能和太阳能的价格大幅下降，以目前的价格估计，在其使用寿命内，它们比所有不可再生能源都要便宜。但它们的流行带来了一个新的障碍，尽管是可以解决的：那就是能源储存的问题。
首先，太阳能和风能并不是固定持续的能源，这并不奇怪。如果我们想在任何时候都依赖清洁能源，我们就需要找到储存能源的方法。对储能的需求可谓是迫在眉睫，我们已经到了可再生能源过剩的地步，我们现在就需要它。
要了解一些地区为何会产生过剩的能源，我们首先需要了解发电。电网有两种供电方式：基本负荷和峰值负荷。基本负载能源来自于难以快速放大或缩小的能源，如核能或煤炭。因此，它们产生的能量比一天所需的最低能量略少。与此同时，峰值负荷电厂更容易迅速扩大或缩小其输出，因此被用来填补空白。可再生能源通常被用作峰值负荷能源，但它们的适应性不是很强。结果，在白天，有一些地区通过太阳能输出的能量实际上远远超过了电网所需，比如加利福尼亚，这就是为什么即使是相对少量的可再生能源也能产生多余的电力。
那么，氢燃料究竟是如何储存电能的呢？为什么氢燃料比其他储能系统更可取呢?
最清洁的制氢方式是电解。当电通过水流，你可以把水分解成氢和氧。氢燃料存储起来之后可以通过燃料电池来发电，这使得可再生能源和任何峰值负荷来源一样灵活，而且都是零碳排放。
氢燃料的效率远远低于某些形式的储存，如抽水蓄能或压缩空气，但它有一个特点：灵活性。你几乎可以在任何地方建立电解厂，而抽水蓄能和压缩空气有一定的地理要求。与此同时，锂离子电池也提供了类似的灵活性，但它无法连续几个月都充满电，因为夏季的阳光可能被储存起来供冬季使用，而且电池使用寿命相对较短(另外电池需要凭借对环境有害的采矿作业才能大规模生产)。
交通
交通造成了全球14%的碳排放。
当我们想到可再生的交通方式时，很多人会想到锂离子电池驱动的电动汽车。还有另一个选择：燃料电池汽车。
在2018年对1000名汽车行业高管的调查中，78%的人认为氢燃料汽车是未来的发展方向。与电动汽车相比，氢燃料电池比锂离子电池寿命更长，而且可以与使用柴油发动机的汽车拥有相同的加油时间。话虽如此，电动汽车也有其优势——目前电动汽车更便宜，而且有更发达的基础设施——这就是目前电池电动汽车更受欢迎的原因。
对于FCV，这些障碍只是暂时的。即便如此，FCV领域仍在迅速升温。
不仅仅是汽车。开发用于运输的氢还有其他途径。因为电池可以做的任何事情，燃料电池也可以。但是燃料电池可以到达的一些地方可能是电池永远无法到达的，比如天空。
飞机飞行需要大量的能量，电池在合理的重量下根本无法储存那么多的电能。同样的电量，电池需要40多倍于柴油的重量，虽然对于短途飞行的小型飞机来说这已经足够了，但对于大型商用飞机来说，这还远远不够。
与此同时，从实用的角度来看，氢燃料不仅可以与柴油竞争，而且在某些方面比柴油更好。相较于同样重量的柴油，氢可以提供近3倍的能量。与此同时，氢动力火车已经在德国运行，氢动力船舶正在七大洋上游弋。
农业和制造业
农业和制造业占全球碳排放的近一半。
不幸的是，氢不能解决所有的问题。问题主要出在牛身上。如果把地球上所有牛组成一个国家，它的排放量将排在第三位。氢不能解决一些问题。但是氢可以帮助固定碳排放的一大来源：氨。氨被用来制造化肥，是制造过程中最有害的产品之一。每年33吨碳排放中就有1吨来自于这种产品的生产。
氨的化学式是NH3，意思是一个氨分子由一个氮原子和三个氢原子组成。氮气很容易得到，但是大多数合成氨工厂是如何得到氢气的呢？
这个问题的答案说明了为什么我们需要开发一种更便宜的方法来清洁地开发氢。氢气已经有了大规模的工业生产，但目前它的生产方式是一种极其有害的方法：蒸汽重整。通过燃烧天然气，甲烷被释放出来。通过将甲烷与蒸汽混合，你会得到两种化合物：H2，即氢气；和CO2，即二氧化碳。
这就是为什么我们需要开发一种更好的方法来制造清洁的氢。氢已经在大规模生产了，但是，是以一种可怕的非环保方式。
结论
气候变化不是一个简单的问题。在深入研究政治压力之前，解决气候变化所需的实践和工程都是非常艰巨的。但有一个领域，如果得到解决，可以阻止很多碳排放的来源，从电力到交通，再到农业和工业制造。它有一个简单的名字：制氢。
作者江毅(Roy)是一名热爱环境科学的学生。他认为，技术是我们遏制气候危机的最后、最好的希望。他希望自己能在氢燃料的研究、生产和应用方面有所建树。“如果一个人能想出如何利用氢燃料的力量，他将比洛克菲勒本人更富有，并留下一份更仁慈的遗产。”
（原文来自：燃料电池工程 新能源网综合）
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