氢经济

能源以氢为媒介的未来经济结构设想

氢经济（英文名称Hydrogen economic）是能源以氢为媒介（储存、运输和转化）的一种未来的经济结构设想，是20世纪70年代提出的。氢是一种清洁能源，燃烧生成水，不会产生任何污染物。将太阳能、风能、水的位能等可再生能源转化成电能，利用电解电池，电解水制氢，通过高效储氢材料常温储存，或经管道输送，其危险性不比天然气更大。利用氢燃料电池发电，取代当前污染环境，不可再生的化石燃料。加强对储氢材料、氢的电解制取和燃料电池的开发力度，大幅度降低其成本，这一合理的氢经济结构的实现，或将为时不远。目标是取代现有的石油经济体系，达到环保可再生可持续发展的目标。

产生背景

当今能源可分为“过程性能源”和“含能体能源”。电能就是应用最广的“过程性能源”；柴油、汽油则是应用最广的“含能体能源”。由于目前“过程性能源”尚不能大量地直接贮存，因此汽车、轮船、飞机等机动性强的现代交通运输工具就无法直接使用从发电厂输出来的电能，只能采用像柴油、汽油这一类“含能体能源”。作为二次能源的电能，可从各种一次能源中生产出来，例如煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、水力、潮汐能、地热能、核燃料等均可直接生产电能。而作为二次能源的汽油和柴油等则不然，生产它们几乎完全依靠化石燃料。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新的含能体能源。氢能正是一种在常规能源危机的出现、在开发新的二次能源的同时人们期待的新的二次能源。

氢经济是一种未来的，甚至是理想的一种经济结构形式。其提出是基于当前的化石能源大量使用，导致全球环境的变化，空气和环境污染，气候变暖，对化石能源的过分依赖，面临化石能源枯竭的担忧。以及人类对可持续发展，循环经济，绿色能源，保护环境等的不断追求。氢是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%。地球上氢的储量非常丰富，水是氢的大“仓库”，如把海水中的氢全部提取出来，将是地球上所有化石燃料热量的9000 倍，因此氢能被称为人类的终极能源。

原理及优越性

氢经济是氢作为能源，氢的产生通过电解水，其能量来源是各种廉价的清洁能源，例如太阳能、核能、风能、海水潮汐能等。氢作为二次能源可以通过管道输送直接燃烧使用，也可以通过燃料电池转化成电能使用。

氢气是一种极高能量密度与质量比值的能源.它是一种极为优越的新能源，其主要优点有：

（1）燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。

（2）氢燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。

（3）资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，从制取到燃烧，演绎了自然物质循环利用、持续发展的经典过程。

（4）氢燃料电池的效益高过诸多内燃机. 内燃机顶多20–30% 效率, 而最差的燃料电池也有35–45% 效率 (通常都更高很多)再加上相关电动马达和控制器的耗损，最后纯输出能量最差也有24% 内燃机则是更低得多。

发展前景

氢经济的实施，可以得到以下明显的进步：

（1）消除矿物燃料引起的污染——如果在燃料电池中使用氢来产生动力，那么这将是一种完全清洁的技术。唯一的副产物是水。氢也不会有类似于石油泄漏这样的环境危险。

（2）消除温室气体——如果氢来自于水的电解反应，那么就不会向环境排放温室气体。这将是一个完美的循环——水经过电解反应产生氢，氢在燃料电池中与氧重新结合生成水，同时产生动力。

（4）使用方便——只要有电和水，就可以在任何地方生产氢。使用较为简单的技术，人们甚至可以在家里制造氢。

技术困难

氢经济的前景诱人，实现氢经济的关键技术有待进一步突破，其中主要涉及：

（1）需要大量氢的制取：

水电解——利用电流，可以很容易地把水分子分解为纯净的氢和氧。该方法的一个重要优势是没有场地限制。

重整矿物燃料——石油和天然气中均含有碳氢化合物，其分子由氢和碳构成。利用一种被称为燃料处理器或重整器的装置，可以较为容易地将碳氢化合物中的氢和碳分离开来，从而利用其中的氢。剩余的碳以二氧化碳的形式排放到大气中，在向氢经济转变的过程中，这可能是一个很好的临时性措施。这是获取氢以便为汽车的燃料电池提供动力的最简单方法。

（2）制氢电力来源花费巨大：其需要量是巨大的，需要多种形式的能源来满足。仅以美国为例，若全美汽车都是用氢做能源，氢采用电解水制取，核能发电来满足，用以提供电解水的氢气电能来源. 需要240,000吨铀矿—提供2,000座600兆瓦发电厂, 等于$8400亿美金,等于每GGE单位$2.50美元.

（3）要解决储氢材料和输送:氢在常态下是一种体积庞大的气体，所以它不像汽油那样容易使用。压缩氢气需要消耗能量，而且压缩后的氢所能提供的能量也大大低于相同体积的汽油。例如将氢燃料汽车投入使用的关键问题是氢的储存和运输问题，解决氢的储存问题的方案已经出现。例如，氢可以以固态形式储存在一种名为硼氢化钠的化学物质中，这种化学物质是用硼砂（许多清洁剂的常见成分之一）制造的。当硼氢化钠释放其中含有的氢之后，又重新转化为硼砂，从而实现了循环利用。一旦储存问题得以解决并且能够标准化，就必须围绕它来建立氢站网络以及用于运输氢的基础设施。只有研究出一种能被市场普遍接受的储存技术，氢站才会迅速发展起来。

氢气运送管线要求很高，高过任何电线管路，也比天然气管线贵将近三倍。因为氢会加速一般钢管的碎裂(氢脆化)，增加维护成本、外泄风险、和材料成本。所以要进入氢经济时代需要大量的管线基础建设投资才能储存和分配氢气到末端的氢能车用户。

（4）氢能的转化设备：经过数百年的发展，化石经济或者说碳经济已形成一套完整的经济体系，各种能源转化设备齐全，例如锅炉、内燃机、发电机、电动机----，合理配套，技术和经验成熟。氢能源如何转化成其他各种形式能源、动力。无论技术、设备和经验都需要研究、设计、制造和合理使用。

发展态势

人类能源利用历史表明，主要能源利用形式的重大转变（例如从以生物质燃料为主转变为以煤为主，从以煤为主转变为以石油天然气为主）都有力地促进了人类经济社会的大发展。化石能源终究是要枯竭的，以当前最重要的石油资源为例，最新预测结果是储采比为40年。化石能源大量使用导致全球环境变化和资源枯竭的担忧，以及对可持续发展和保护环境的追求，氢能源作为一种高效、清洁、可持续的“无碳”能源已得到世界各国的普遍关注。

20世纪90年代以来，世界主要发达国家和相关国际组织都对氢能研发和实现向氢经济的转型给予了很大重视，进行了大量宏观战略研究，制定了长期研发计划，并投入巨资进行氢能相关技术研发。

美国在1990年就通过了氢能研究与发展、示范法案，美国能源部(DOE)启动了一系列氢能研究项目。2001年以来，美国政府将发展氢能作为其能源政策的一个重要方面，先后制定了多项氢能研究计划，以实现向氢经济的过渡，制定了美国发展氢经济必须经历技术研发与示范(2000—2015年)、前期市场渗透(2010—2025年)、基础设施建设与投资(2015—2035年)、氢经济实现(2025—2040年)4个相互重叠、关联的阶段，确定了在发展氢经济的初始阶段的技术研究、开发与示范的具体内容和目标，以及相关的后续行动等。该计划明确提出美国将于2040年实现向氢经济的过渡。

欧盟将氢能作为其优先研究和发展领域，制定了欧洲实现向氢经济过渡的近期(2000—2010年)、中期(2010—2020年)和长期(2020—2050年)3个阶段及其主要的研发和示范行动计划路线图，并提出了相关对策建议。

日本2003年6月，日本经济产业省公布了《日本实现燃料电池和氢技术商业化的途径》，提出日本发展氢和燃料电池技术是降低能源利用对环境的影响和加强能源安全的需要，并计划在2020年实现拥有燃料电池汽车500万辆和建成固定燃料电池系统10000 MW；2030年实现拥有燃料电池汽车1500万辆和建成固定燃料电池系统12500MW。

此外，加拿大、英国、德国、法国、冰岛、丹麦、挪威、瑞典、芬兰、韩国、意大利、荷兰、西班牙等国也都有氢能研发计划。

我国已成为能源消费大国，但又是能源短缺国家，能源短缺问题随经济发展还将更趋严重，发展新能源应成为国家重大能源战略选择。

我国从“七五”开始一直没有中断氢能的研发，确立了多项氢能研发的项目，确立氢能发展为国家优先能源战略地位。

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