绿色能源面面观: 氢气社会正向我们迎面走来！

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    2010年以前全球应当削减的化石燃料总量，换算成石油大约相当于5700万立方米。这一数字相当于国内现有自家车一年所消耗的能源总量。
　　被公认为地球温室效应元凶的二氧化碳的减排目标于1997年初冬确定。在日本京都召开的“气候变化框架公约第三次缔约国大会（COP3）”上确定的减排目标是：2010年度以前以1990年度为基准减少6%。如果以讨论具体减排对策的2001年度为准的话，则必须减排15%。
　　含碳的化石燃料只要使用，就会排放出二氧化碳。为了减少二氧化碳的排放，大体上有两种方法：一是使用化石燃料，但通过控制用量来减少二氧化碳排放的“节能”方式；二是不使用化石燃料、改用新能源来减少二氧化碳排放或零排放的“新能源”方式。
　　在节能方式方面，主要通过减轻汽车车身重量来提高燃效，以及使用燃料电池等。
　　利用氢气与氧气发生反应、获取电能和热能的燃料电池最终只排放水，属于绿色能源。不过，从成本和技术方面来看，由于现阶段主要采用从石油和天然气中提取氢气的方法，因此从根本上来说使用化石燃料的状况并没有改变。即使如此，燃料电池依然能大幅减少二氧化碳的排放量。

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应用日益广泛的太阳能和风力
　　作为不使用化石燃料的新能源，还包括太阳能发电和风力发电。太阳能发电方面，在2010年以前将逐渐把太阳能发电容量提高到现行的250倍（相当于4820万千瓦）。风力发电方面，通过将容量提高到现有设备规模的约20倍（相当于300万千瓦），换算成石油将能够得到1340万立方米的能源。
　　最近，生物资源作为继风力和太阳能之后的第3种新能源正在受到越来越广泛的关注。生物资源是指食品、饲料、木材等植物资源及其废弃物转换成的能量。这种能源虽然具有减少化石燃料使用量的效果，不过能否控制二氧化碳的排放还是个未知数。因为如果只是单纯通过燃烧废弃物来发电或用作热源的话，并不能减少二氧化碳的排放。因此，目前人们正在将植物培育和节能技术组合在一起、开发能够从整体上控制二氧化碳排放的技术。
　　那么，新能源技术的应用将会给我们的生活带来哪些变化呢？日本北海道大学触媒化学研究中心教授市川胜介绍说，“最有冲击力的是燃料电池。比如即便是在没有电源插座的野外宿营地也可以像平时一样欣赏壁挂电视，总之将进入一个不受电力和燃气基础设施网络束缚的新时代”。
　　这样一个不依赖电力和燃气、仅靠动物粪便和风力发电就可以获取氢能，以此实现地区住宅能源自给自足。这已经不是梦想。
　　利用动物粪便生产沼气，然后从沼气中提取氢气。或者利用沿海地区的风力发电设备分解水来生产氢气。将生产出来的氢气转变成易于运输的液态后，通过城市里的氢气站输送给用户。最后，用户利用燃料电池的热电系统进行供电、供暖和提供热水。
　　此项试验包含很多诠释绿色能源现状的精华内容。下面以作为上述构想核心的氢气高速公路为主线，介绍一下试验内容及其未来前景。

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●氢气高速公路系统——基于现有流通网络的氢气供给基础设施
　　在迈向氢气社会的过程中，人们最为关心的就是基础设施问题。从哪里生产氢气？如何贮存和运输氢气？这些问题目前还未解决。
　　日本现在每年制造的氢气约为1亿6000万立方米，几乎全部用于半导体生产等领域，没有计入燃料电池所消耗的部分。而10～20年后氢气供应商至少得具备相当于目前100多倍的供应能力，有如此能力的供应商现在还没有出现。
　　最有力的候选是钢铁厂和石油公司。钢铁和石油生产过程中产生的丰富的有机气体可用来大量并且稳定地制造氢气。另外，只要有风力发电等设施，也能通过分解水来生产氢气。
　　即便如此，还缺乏运输氢气的手段。运输氢气时，目前要么采用冷冻法液化氢气、要么采用高压罐储存的方法。不过，问题是需要很高的运输成本。与氢气的生产成本（1标准立方米20日元）相比，运输费在20倍以上。按目前的状况，氢气根本用不起！
　　目前的设想是：先将氢气集中储存到城区里的氢气站，然后根据需要向公共设施、普通家庭和汽车等用户供气。那么，如何运输氢气运输到氢气站呢？

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利用萘运输氢气
　　采用有机氢化法，这种方法作为最具实用性的运输手段已成为业内关注的焦点：先将氢气溶入类似煤油的液态有机化合物中，再进行存储和运输。该方法的发明者市川教授介绍说：“衣柜里放的防虫剂（萘球）就是一种有机氢化物”。
　　在催化剂环境中给萘加热，萘就会变成一种吸收氢气的液体。再以更高的温度让这种液体从催化剂中流过时，就会释放出氢气，重新恢复萘原来的状态。利用萘吸收和释放氢气的性质，就可将萘当作贮氢盒。
　　与其他方法相比，有机氢化物可用更小的容量贮存更多的氢气。比如，要想使一辆燃料电池车行驶500km，必须给车加5kg左右的氢气。即使将氢气贮存到280大气压的高压氢气罐里，也需要200升的容器。而有机氢化物液体的体积在常温常压下也就只需76升。
　　“由于这种液体和煤油一样，仅利用现行的物流服务网，就能形成一条向公共设施、工厂和家庭供氢的氢气高速公路”，市川教授说。
　　另外，还有一些技术也在开发之中。比如，不需使用有机氢化法还原氢气，即可直接在燃料电池中使用的有机氢化物技术、直接向普通家庭稳定地输送有机氢化物的技术、还有直接为燃料电池车添加有机氢化物，氢气用完后再将剩下的有机氢化物液体重新回收到氢气站的技术等。

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●生物资源·风力资源——废弃物一举变成新能源
　　有个项目中，先用1000头牛的粪便制成沼气，然后生产氢气，就能提供足够20户普通家庭使用的能源。像这样从废弃物中得到能源的方法被称为生物资源技术。
　　生物资源技术不仅可提炼沼气，还包括直接用作电力和热源的方法，以及将其用作交通燃料的技术。由于所用原料都是森林间伐材和城市垃圾以及家畜粪便等本来就必须处理的废弃物，因此原材料非常便宜。
　　正在推进对纸浆生产过程中产生的植物性废液（木素）进行再利用，将其用于工厂热源和发电的计划。中国电力则公布了收集山林里堆放的间伐材，用作热源和发电的试验结果。
　　从经济效益上讲，有望率先解决经济效益的方法是将其转换成交通燃料。利用废弃油生产BDF（生物柴油燃料）柴油替代燃料的技术目前发展较快。
　　在生物资源技术方面，无论是原料资源，还是使用方法均有多种。方案并非只有一种。不仅可转换成交通燃料，随着向氢气社会的不断过渡，直接由生物资源生产氢气的方法在经济效益上也是有可能的。

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风力发电的关键是蓄电技术
　　有一种构想，就是利用风力发电得到的电力分解水来得到氢气。如果将风力发电与燃料电池配合起来使用，基本上可将二氧化碳排放量降至零。
　　
　　风力发电机的设备使用率一般较低，仅20～30%左右，很难稳定地供电。为了打破这一僵局，就需要与风力发电相应的蓄电技术。
　　现有技术尚无法直接蓄电。不过，如果能将其转换成其他能源贮存起来的话，就可实现这一点。比如，用风力发电机分解水，将分解出来的氢气存储起来。除“发电”功能以外，风力发电目前已被视为地区社会重要的能源供给方式。

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●燃料电池热电联合系统——有望成为燃料电池中的首个热门商品
　　由氢气站向普通家庭输送氢气，然后通过热电联合（热电共用）系统，向家庭供电、暖气和热水。
　　这种家用热电联合系统有望成为燃料电池中第一个热门商品。之所以这样说，是因为尽管燃料电池型热电联合系统目前尚未上市，但使用燃气的热电联合系统却在稳步发展。
　　最具代表性的商品就是日本大阪煤气公司2003年3月上市的“ECOWILL”。该系统使用本田开发的燃气机、用城市天燃气进行发电，可为家庭提供大约3成的电量。该系统同时还可利用燃气机发电时产生的余热给家庭供暖和供热水。
　　大阪煤气最初制定的销售目标是2000台，而截止到2004年1月底就已销售了3405台（包括预定数量）。从超过预想的销售行情来看，预计2004年度销量将超过4000台。
　　该商品热销的秘密就在于展现出了商品优势。不仅“可使二氧化碳排放量比过去削减30%”，而且“每年还可节约4万日元的电和燃气等照明供热费”。可以说，重点突出“该商品可节约家庭支出”的宣传活动取得了成功。
　　定于2005年度内上市的燃料电池型热电联合系统，将使用固体高分子型燃料电池取代燃气机。其工作原理是：先从城市燃气中提取氢气，然后利用燃料电池获得电和热。从性能上来讲，发电效率比燃气机型热电联合系统高。不过，至于热能方面，性能则低于使用废热的燃气机型系统。
　　大阪燃气Living公司开发部规划开发小组经理松阪英孝满怀信心地表示，“对单户住宅来说，如果暖气和热水的用量较大，那么燃气机型系统最合适。不太使用暖气和热水的单户住宅和封密性好的公寓，适合使用燃料电池型系统。过去都是卖给建新房的用户。今后还准备推销给已经入住的住宅用户”。
　　目前开发的重点是提高产品的耐用性。如果不把耐用性至少提高到10年，那么即使将价格定在与燃气机型系统一样的水平，也无法产生长期效益。开发人员认为只要越过这个障碍，燃料电池型系统就有望普及。
　　根据日本野村综合研究所的估算，燃料电池市场在2010年时将达到2250亿日元左右。其中，家用燃料电池份额最大，为1500亿日元。预计每年将有10万～20万个家庭引进这种设备。新能源时代的大幕将从家庭用途拉开！