氫能發電廠——趨勢和前景

儘管長期以來核電站一直被認為非常安全，但2011年日本福島核電站事故再次迫使全球能源工程師思考此類能源可能帶來的環境問題。

許多國家的政府，包括一些歐盟國家，已明確表示有意將其經濟轉向替代能源，不惜一切代價，承諾在未來 5 至 10 年內為該行業投資數十億歐元。這種替代品中最有前途和對環境安全的類型之一是氫。

如果煤、天然氣和石油真的用完了，那麼海洋中就會有無限的氫，儘管它不是以純淨的形式儲存在那裡，而是以與氧的化合物的形式——以水的形式儲存。

氫是最環保的能源。獲取、運輸、儲存和使用氫需要擴展我們對氫與金屬相互作用的了解。

這裡有很多問題。這裡只是其中一些等待解決的問題：使用膜過濾器（例如，從鈀中）生產高純度氫同位素，創造技術上有利的氫電池，與材料的氫成本作鬥爭等問題。

氫氣的環境安全性，與其他傳統能源相比，毋庸置疑：氫氣燃燒的產物又是蒸汽形式的水，而且完全無毒。

氫氣作為燃料可以很容易地用於內燃機而無需根本改變，也可以用於渦輪機，並且可以獲得比汽油更多的能量。如果汽油在空氣中的燃燒比熱約為 44 MJ/kg，那麼氫氣的這個數字約為 141 MJ/kg，高出 3 倍多。石油產品也有毒。

氫氣的儲存和運輸不會造成特別的問題，物流與丙烷類似，但氫氣比甲烷更具爆炸性，因此這裡仍有一些細微差別。

儲氫方案如下。第一種方式是傳統的壓縮液化，這時需要保證其超低溫才能維持氫氣的液態。這很貴。

第二種方法更有前途——它基於某些複合金屬海綿（釩、鈦和鐵的高度多孔合金）主動吸收氫並在低熱條件下釋放氫的能力。

如今，Enel 和 BP 等領先的石油和天然氣公司正在積極開發氫能。幾年前，意大利Enel啟動了世界上第一座不污染大氣、不排放溫室氣體的氫能發電廠。但這個方向的主要燃點在於以下問題：如何使氫的工業生產成本更低？

問題是 電解水 需要大量電力，如果通過電解水精確地生產氫氣，那麼對於一個國家的經濟來說，這種工業生產氫氣的方法將非常昂貴：三倍，甚至四倍, 以石油產品的等效燃燒熱計算. 此外, 工業電解槽中一平方米的電極每小時最多可獲得 5 立方米的氣體。這是緩慢的並且在經濟上不切實際。

以工業規模生產氫氣的最有前途的方法之一是等離子體化學方法。在這裡，獲得氫氣比通過電解水更便宜。在非平衡等離子管中，電流通過磁場中的電離氣體，在將能量從“加熱”的電子轉移到氣體分子的過程中發生化學反應。

氣體的溫度在 +300 至 +1000°C 之間，而導致產生氫氣的反應速率高於電解。這種方法使得獲得氫氣成為可能，事實證明，氫氣比從碳氫化合物中獲取的傳統燃料貴兩倍（而不是三倍）。

等離子化學過程分兩個階段進行：首先，二氧化碳分解為氧氣和一氧化碳，然後一氧化碳與水蒸氣發生反應，從而產生氫氣和與開始時相同的二氧化碳（未被消耗，如果您查看整個循環轉換）。

在實驗階段——從硫化氫中等離子化學生產氫氣，在氣田和油田的開發過程中，硫化氫仍然是無處不在的有害產物。旋轉的等離子體只是通過離心力將硫分子從反應區噴射出來，並排除了轉化為硫化氫的逆反應。該技術與傳統類型的化石燃料生產的氫氣價格持平，此外，同時開採硫磺。

而日本今天已經著手實際開發氫能。 Kawasaki Heavy Industries 和 Obayashi 計劃到 2018 年開始使用氫能為神戶市供電。他們將成為真正開始使用氫進行大規模電力生產的先驅，而且幾乎不會產生有害排放物。

一座1兆瓦的氫能發電廠將直接建在神戶，在那裡它將為一個國際會議中心和10,000名當地居民的工作辦公室供電。而電站在氫氣發電過程中產生的熱量，將成為當地住宅和辦公樓的高效供暖。

川崎重工生產的燃氣輪機當然不會供應純氫氣，而是供應僅含 20% 氫氣和 80% 天然氣的混合燃料。該工廠每年將消耗相當於 20,000 輛氫燃料電池汽車，但這一經驗將成為日本及其他地區主要氫能發展的開始。

氫儲備將直接儲存在發電廠境內，即使發生地震或其他自然災害，站內仍有燃料，站內重要通訊也不會中斷。到 2020 年，神戶港將擁有主要氫進口的基礎設施，因為川崎重工計劃在日本開發一個大型氫電廠網絡。