氫燃料電池車。于大勇/攝

　　聯(lián)合國新一輪氣候談判于11月30日至12月11日在法國巴黎如期舉行，在此次大會上中國成為了推動清潔能源的重要驅(qū)動力。在“十三五規(guī)劃”建議中，我國明確提出推動低碳循環(huán)發(fā)展，推進能源革命，建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。雖然目前清潔能源在國內(nèi)還面臨著結(jié)構(gòu)比重低、開發(fā)難度大、產(chǎn)業(yè)化水平低等難題，但這絲毫不妨礙眾多公司加大布局清潔能源的力度。

　　在過去一段時間，發(fā)展中國家和地區(qū)吸引清潔能源投資額度已高達1260億美元，其中僅在我國的投資額就超過890億美元。金磚國家開發(fā)銀行副行長Leslie Maasdorp日前表示，金磚銀行明年二季度將發(fā)放首批貸款，其中60%的項目落地在清潔能源領(lǐng)域。顯然，全球在更多使用清潔能源的問題上已經(jīng)達成了共識。

　　如何讓清潔能源價格更為低廉，比傳統(tǒng)化石能源更好用，成為擺在人們面前的另一道難題。相關(guān)專家認為，持續(xù)進行的技術(shù)革命是清潔能源與傳統(tǒng)能源博弈的一枚重要砝碼。氫能源、碳封存等具有爭議的技術(shù)也將有望讓我們的世界變得更為綠色。

　　新能源遇發(fā)展良機

　　面對我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，在能源方面，我們既需要充足的能源供應(yīng)以保障全面建設(shè)小康社會目標的實現(xiàn)，同時我們也面臨著國內(nèi)資源和環(huán)境的威脅、大氣污染以及溫室氣體排放引發(fā)的各種氣候異常問題。人們已經(jīng)意識到必須減少化石能源在一次能源消費結(jié)構(gòu)中的比例，同時尋求更清潔的能源替代?；诖四康模^去10年至20年間，大量的風(fēng)電、光電、水電、核電廠在全球各地出現(xiàn)，尤其是在歐美國家，光伏發(fā)電的比例逐年攀升。因此，國家把發(fā)展新能源和再生能源作為長期能源戰(zhàn)略的重要組成部分，而且制訂了以《中華人民共和國可再生能源法》為基礎(chǔ)的一系列政策措施。新能源和再生能源在我國得到了快速發(fā)展，其廣闊的前景正日益顯現(xiàn)出來。

　　期間，我國清華大學(xué)則長期致力于新能源科學(xué)技術(shù)研究和人才培養(yǎng)，形成了新型核能、太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能以及新能源戰(zhàn)略和政策等領(lǐng)域的新能源科研和教學(xué)體系，取得了一大批有影響的科技成果。

　　氫能源成下一個能源主角

　　早在2006年，國際氫能界的主要科學(xué)家就曾向時任的八國領(lǐng)導(dǎo)人提交了氫能的《百年備忘錄》，該備忘錄指出，21世紀人類面臨的兩大危機：一是因人為因素而導(dǎo)致的氣候變化是真實存在的，并將會給人類、動物、植物以及人類文化遺產(chǎn)帶來災(zāi)難性的后果。二是傳統(tǒng)化石能源或核能燃料被少數(shù)國家所壟斷，這不利于大多數(shù)能源利用國家。解決以上問題的辦法惟有大力發(fā)展氫能源。

　　日本新能源及產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）新能源技術(shù)局局長Shintaro Matsumoto近期指出：“我覺得再過5年至10年，我們是能夠?qū)崿F(xiàn)氫能的社會，把氫氣變成能源的。我覺得氫能會有一個體系、系統(tǒng)的出現(xiàn)，向社會提供能源。”這表明發(fā)達國家亦一致相對看好氫能源的發(fā)展。

　　與核聚變一樣，氫能源同樣具有取之不盡且無污染的屬性。科學(xué)家指出，在宇宙形成的第四秒鐘，就生成了氫。氫的同位素在太陽系內(nèi)部的熱核反應(yīng)已經(jīng)進行了50億年，宇宙中90%的原子是氫，9%的原子是氦。占地球表面71%的水中蘊藏著無窮無盡的氫能量。

　　要解決全世界面臨的溫室效應(yīng)和環(huán)境問題，科學(xué)家進行了多種研究，也提出了多種辦法，其實，最好的辦法就是把燃料中的碳去掉。利用原子的核聚變反應(yīng)也許能提供人類所需的能量，但成功與否尚待商榷。用氫代替目前所有的燃料，是惟一能提供沒有溫室效應(yīng)也沒有污染威脅的高質(zhì)量生活的途徑。

　　但有關(guān)氫能源的推廣應(yīng)用，同樣充滿著爭議。從軍工領(lǐng)域來看，航天飛機和火箭早就采用了液氫燃料。如今全球研究者則是在尋找大量且廉價生產(chǎn)氫燃料的方法。研究者通過以及加入催化劑等方法分解水來取得氫氣，紅鞭毛桿菌、紅螺菌等微生物也被發(fā)現(xiàn)能在作用下制取氫氣。Shintaro Matsumoto表示，如果氫能源未來幾年被證明是有效的話，將來太陽能、風(fēng)能也可以轉(zhuǎn)化成氫能進行輸送。資料顯示，日本正加速構(gòu)建氫能源社會，目前加氫站密度位列全球第一。而制氫方面則從天然氣、水電解、褐煤以及污泥等途徑獲取氫。

　　氫燃料電池將革新汽車業(yè)

　　21世紀以來汽車的普及給人類生活帶來了極大便利，擴展了人們的生活范圍。專家預(yù)計到2030年我國汽車保有量將會達到4億輛，超越美國而成為世界第一。即便如此，人均保有量也僅為22%（人口假設(shè)18億），仍有很大發(fā)展空間。

　　隨著汽車保有量的遞增，以化石能為動力的汽車對環(huán)境的危害亦逐步凸顯。特別是化石能汽車尾氣排放物一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、二氧化硫、煙塵微粒（某些重金屬化合物、?化合物、黑煙及油霧）、臭氣（甲醛）等。據(jù)統(tǒng)計，每千輛汽車每天排出一氧化碳約3000kg，碳氫化合物200kg至400kg，氮氧化合物50kg至150kg。汽車尾氣可謂大氣污染的“元兇”。汽車尾氣最主要的危害是形成光化學(xué)煙霧。汽車尾氣中的碳氫化合物和氮氧化合物在作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧，它和大氣中的其他成分結(jié)合就形成了光化學(xué)煙霧，其對健康的危害極大。

　　光化學(xué)煙霧能使樹木枯死，農(nóng)作物大量減產(chǎn)；能降低大氣的能見度，妨礙交通。汽車尾氣中一氧化碳的含量最高，氮氧化合物含量較少，但毒性很大，其毒性是含硫氧化物的3倍。汽車尾氣中的碳氫化合物有200多種，其中C2H4在大氣中的濃度達0.5ppm（十萬分之一）時，能使一些植物發(fā)育異常。汽車尾氣中還發(fā)現(xiàn)有32種多環(huán)芳烴，包括3,4-苯并芘等致癌物質(zhì)。當苯并芘在空氣中的濃度達到0.012ug/m3時，居民中得肺癌的人數(shù)會明顯增加。離公路越近，公路上汽車流量越大，肺癌死亡率越高。汽車尾氣中的二氧化硫和懸浮顆粒物，會增加慢性呼吸道疾病的發(fā)病率，損害肺功能。二氧化硫在大氣中含量過高時，會隨降水形成“酸雨”。

　　而相對于以氫燃料電池為動力的汽車，則從根本上杜絕了汽車尾氣排放的危害性，其排放物潔凈無污染，SO、NO和顆粒物接近零排放，也不生產(chǎn)二氧化碳，惟一的排放物是水。氫燃料電池亦稱高溫燃料電池（MCFC），其工作特性是MCFC在工作中的陽極室生成二氧化碳，而在陰極室消耗二氧化碳，實現(xiàn)了以二氧化碳為主要參與體的循環(huán)系統(tǒng)。

　　值得一提的，是清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究所對此課題已經(jīng)取得了可喜成效。氫燃料電池能源同時具備轉(zhuǎn)換率高、可降低發(fā)動機噪音、功率配置靈活等優(yōu)越性。與化石能汽車相比，采用氫燃料電池發(fā)動機作為汽車的動力之后，汽車結(jié)構(gòu)將發(fā)生重大變化，沒有了發(fā)動機、離合器、傳動軸等汽車的機械零件。區(qū)別于傳統(tǒng)的化學(xué)干電池，氫燃料電池其實是一種發(fā)電裝置，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程中只會產(chǎn)生水和熱，不產(chǎn)生污染。因此，以氫燃料電池車為最終目標的新一輪汽車技術(shù)創(chuàng)新是世界汽車產(chǎn)業(yè)的又一次革命，說氫燃料電池汽車是汽車工業(yè)的“第二篇章”實不為過。

　　氫能利用范圍廣闊

　　氫能是無碳能源，因此被稱為綠色能源。氫燃料電池車所用氫中不添加其他燃料，是利用氫能的“深綠”階段，也是公認的利用氫能的最好方式之一。但目前我國要想直接跨入氫能時代尚有一段很長的距離，專家認為，氫能利用不能只著眼于氫燃料電池汽車的發(fā)展，最好的利用方式應(yīng)是從在其他燃料中摻一點氫的“淺綠”階段開始，逐漸過渡到全部為氫氣的“深綠”階段。

　　清華大學(xué)教授、國家氫能源標準委員會主任委員毛宗強指出，由于成本等問題，氫能源利用發(fā)展在我國尚處于初級階段。因此，氫能利用不能只著眼于氫燃料電池汽車，應(yīng)先在容易商業(yè)化的“淺綠”階段加大拓展力度，即混氫的利用方式。例如在天然氣中混入氫氣(HCNG)，可以有效降低燃料的燃燒溫度，從而減少排放氣中氮氧化物的含量，既可以用于汽車燃料，也可用作工業(yè)或民用燃料。印度已將HCNG作為發(fā)展氫能的主要內(nèi)容。在我國，山西省國新能源技術(shù)有限責(zé)任公司已經(jīng)建立了HCNG的工業(yè)示范項目，我國應(yīng)在有條件的地方開展HCNG應(yīng)用。此外，處于商業(yè)化門口的還有氫燃料電池叉車和氫燃料電池備用電源等，只要進一步推動，就可以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

　　國務(wù)院能源參事石定寰也指出，氫能是清潔的二次能源，對改善我國氣體比重過低的能源結(jié)構(gòu)和緩解碳減排壓力具有深層次意義。在氫能利用方面，車用燃料是一個方向，但絕對不是惟一的方向。分布式家用燃料電池電站已在日本、加拿大、美國等獲得成功應(yīng)用。我國擁有很多氫能相關(guān)技術(shù)，各種技術(shù)的商業(yè)化水平也不同，應(yīng)根據(jù)我國國情，把氫能經(jīng)濟中能夠商業(yè)化的部分先做起來。

　　浙江大學(xué)王啟東教授也持類似觀點。他表示，氫能利用應(yīng)以混氫時代作為過渡。氫不但可以直接作為燃料，也可以作為燃燒促進劑。將少量氫氣加入到汽車燃料中，可使汽車能耗減少15%至20%，甚至30%，這在美國和加拿大都已得到了實驗驗證，是一個值得產(chǎn)業(yè)界聯(lián)合起來深入探索的氫能利用方向。

　　另外，科技界普遍認為氫能是一種極具潛力的“能源載體”。氫氣不是一次能源，自然界中不存在純氫，只有通過分解含氫化合物（地球上最多的含氫化合物就是水）來得到。那么，分解水的能量從何而來？人們自然而然地想到永遠燦爛的太陽。

　　太陽能雖然對環(huán)境無害，但有很強的區(qū)域性和時間性。結(jié)合太陽能發(fā)電特性，我們必須在太強度高的時候儲存太陽能，以便在沒有太時再利用。如何儲存太陽能？靠蓄電池不行，容量太小，科學(xué)家提出了太陽-氫能系統(tǒng)。簡單地說，就是太陽能轉(zhuǎn)化為電，再用太陽能發(fā)的電進行電解水生產(chǎn)氫，然后用管道輸送氫，就像輸送天然氣一樣，所以，太陽-氫能是一個清潔和可循環(huán)的系統(tǒng)。