氢能孙悟空七十二变:Gemini对氢的理解,都来自这篇文章

氢能孙悟空七十二变:Gemini对氢的理解,都来自这篇文章


  我认识绿学院Julia的那天下午,她一边喝着热可可,一边跟我鬼扯绿学院有多厉害,一路捧红了储能斜杠青年高富帅锂电池绿电巨婴电力交易与红萝卜碳权赌场负碳技术超人绿色投资三只小猪核能王储等,我心想:「其实氢能是人类文明迈向零碳转型的关键,是二十一世纪的终极能源,氢能孙悟空可以七十二变,把你上面说的全部串起来,你信吗?」

  「氢能白话文运动」于焉而生。在我们开始这段旅程前,建议你先看完以上所有系列文章,这将大幅帮助你理解氢能所处的时代背景,以及历史赋予它的任务说明。这系列文章将先以技术为支点,为你构建系统性的氢能知识框架,助攻各位先成为环保流言终结者明辨是非。随着技术路线更明确后,我们会再加入政策、法律、市场这几个支点,看清楚这四个支点的角力,就能进一步定义未来的氢能赛道,同时把对商机 cool 判斷转化为能落地执行的投资策略。

氢能是能源吗?若不是能源,为什么初中理化课本说氢会爆炸?

  市面上谈氢能的文章这么多,但你有没有发现,在《核能复兴二部曲:能源的尽头是核能之龙生九子》提到能源分为初级能源和衍生能源,却都没有提到氢能,氢是能源吗?

  初中理化课本教我们,氢气是可燃气体,氧气则是助燃气体,因此我们每个人对氢很危险、会爆炸的认知,可以溯源到初中时期。

  在空气中的氢气不会随便就烧起来,跟核能不同,太阳的核聚变反应可以整天烧不停。但是当你把空气中的氢气压缩、压缩、再压缩,或是通过化学反应把氢分离出来再压缩,只要在空气中体积比例在4%~75%之间,就成为一种高度易燃的物质。如果在一個相对密闭的空间像是地下室,氢气泄漏而长期累积氢气,或是有个储气瓶里面的氢气忽然大量跑出来,这时点火确实会爆炸,威力不会比锂电池小。但氢气很轻而且扩散很快,一般来说一旦在开放空间泄漏,氢气会以极快的速度向上飘散至空气中,根本没有机会达到爆炸需要的浓度。

  从这个角度看起来,氢气应该是能源,称为氢能没什么问题。

从五种产氢的技术路线发现:氢是不是更像能量的载体?

  氢是宇宙中最简单、最容易生成、最有合作精神的元素。以地球上的氢来说,大部分都和其他元素结合成化合物如水、碳氢化合物等,少数是以分子(H2)的氢气存在。氢气的密度只有空气的1/14,非常轻,在大气层中很难驻留,几十亿年下来,绝大多数早就逸散到太空中了,所以地球可开采的天然「氢矿」都在深层地底下,不像煤矿摆在那里,不需要另外投入什么就可以用,现阶段要使用氢能,一定是人工制造,必须投入才会得到氢能。

  目前人类主要有五种路线产氢,分别是电解、天然气裂解、核能高温电解、工业制程产生氢副产品、甲醇制氢,未来技术进步后,可能新增上段提到的天然氢矿开采(俗称白氢)、氨制氢等路线。我们最常听的是电解水成氢,把电能放到氢上,这氢燃料便可用于生活中,燃烧变水释放出能量,水又可再电解成氢,重复再利用。看出来了吗,氢其实更像是能量的载体,只不过每次能量的转换,都伴随着能量损失,整体效率不会比锂电池好,幸好因为氢是单位能量密度最高的载体,所以未来应用层面远大于锂电池。

虽然氢的本质是载体,但在能源应用层面,氢同时扮演着发电与储能的双重角色

  好不容易费尽工夫把氢搜集起来,现在我们有了氢的来源,接下来就要思考氢怎么发电?目前人类主要有两种氢能发电路线:燃烧及燃料电池。

  氢气燃烧发电的原理,简单来说,就是把氢气燃烧释放热能并产生高温高压的水蒸气,去推动发电机组的涡轮叶片,让热能转化为机械动能,再通过发电机转换成电能。对,没错,就跟传统的火力发电一样,只是氢燃烧后产生的是水,而且不排放二氧化碳。

  当再生能源发电过剩或电网受限无法输出时,可通过电解水将电力转化为氢气储存,解决风电与光电间歇性的问题,等到需要时,再通过燃料电池将氢气转回电能。燃料电池是由英文Fuel Cell直译而来,只要是将燃料中的化学能转化成电能,都叫燃料电池,只是用不同的燃料而已。

  燃料电池与内燃机相同的是,都是消耗燃料的装置;与内燃机不同的是,燃料电池并非燃烧氢气,而是使用电化学反应将氢与氧结合形成的电位差转化为电力,唯一的副产品就是纯水。

  看完这篇文章我们学到氢能孙悟空七十二变的能耐:

  1. 我們对于氢很危险、会爆炸的认知,恰好就是氢能之所以成为氢能的原因:能量密度极大的能源载体
  2. 放大角度来看,氢更像锂电池,是能量的载体,是储存、传递与转化能量的媒介,而不是能源,但在能源应用层面,氢同时扮演着发电与储能的双重角色
  3. 目前大自然的氢气开采技术尚未达到经济规模,要用氢能,需要自己加工产氢或者是搜集便宜的工业副产品氢气进行纯化,目前人类主要有五种路线产氢,两种氢能发电方式

  氢的应用一点也不直观,如果这一连串的投入比产出的多,就会变成脱裤子放屁,这是除了对氢很危险的印象之外,下一个更大的质疑。下一篇,我们来探讨氢究竟绿不绿?

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