氢能经济渐行渐近

2004-08-30 00:00 来源: 我的钢铁 作者:mysteel
    能源专家说,未来二十年,人们对氢能源的熟悉程度,就像现在对电脑和互联网的熟悉程度一样。
    上周,纽约市场原油期货价格达到历史最高位———每桶49.4美元。本周,“高烧”油价缓和下落,有美国经济学家分析说,世界原油市场今年有可能持续回落,并稳定在年初约30美元/桶的价格水平上。
    25日,国内成品油价进行今年来第三次涨价,且是汽油、柴油首次双双涨价。瑞士信贷第一波士顿亚洲首席经济师陶冬分析说,中国将是国际高油价最大的承受者。有关资料显示,中国今年进口原油已经比国际油价正常时多支付了70亿-80亿美元。
    其实,这些事实背后,中东局势的不稳定、欧佩克的限产以及全球需求的一再上升等,都还只是石油高价的表象,石油作为世界经济驱动力的不可再生性,是导致“石油恐慌”的症结所在。
    正如英国独立机构“石油损耗分析中心”预测的那样,石油产量在2010年前达到最高点,那么供应压力将呈指数级增长。对剩余石油储备的热购浪潮,会令这台推动世界经济的引擎熄火。按照我们目前消耗石油的速度,世界油桶不是半满,而是半空。如果我们到本世纪后半叶再决定用什么替代石油,那就太迟了!
    氢就是最为可行的替代品!美国著名石油专家埃克诺米迪斯博士预言:主宰未来世界的能源将是氢能。石油经济不会马上过去,但氢能经济确实已渐行渐近。
    未来能源:“瓶颈”中上路
    关于氢经济最早的文字记载,大概出自凡尔纳1870年写的科幻小说《神秘岛》中:“我相信总会有一天可以用水来做燃料,组成水的氢和氧可以单独或合在一起被使用。这将为热和光提供无限的来源,所供给的光和热是煤炭所无法达到的。所以我相信,一旦煤矿枯竭了,我们将会用水来供热和取暖。水将是未来的煤炭。”
    21世纪初,美国科学家劳温斯在《自然资本论》一书中预言,下次工业革命将从氢能源开始。能源紧缺、环境恶化、温室效应……日益凸显的能源消费“过度症”使氢能经济自然而然从幕后走到台前。
    氢被称为“永远的能源”,因为它无所不在,宇宙质量的75%都是氢。氢可以说是重量最轻、导热性及燃烧性最好、燃烧最清洁的元素。氢的发热值是汽油的3倍;氢点燃快,空气环境下含3%-97%均可燃;燃烧氢气不像石油或煤炭会产生二氧化碳等有毒物质,水和热是氢燃料电池的唯一产物,基本实现温室气体和污染物的零排放,也不会引起酸雨和烟雾,而水又是制氢的原料,整个过程循环又洁净。
    作为清洁、可持续以及本地化的能源,不少人已经热切期盼着氢能被大规模推广、应用的“氢经济社会”。然而,理性分析告诉我们,三大瓶颈使氢经济不太可能一蹴而就。
    分离成本高是瓶颈之一。氢虽说取之不尽、用之不竭,但因属于二次能源,地球上单质氢含量微乎其微,只能由其它能源转化得到。美国氢燃料电池研究所所长维尔德表示,越来越多的研究都致力于节省氢气的生产成本,“我们必须大幅度减少生产氢气的成本到目前的1/10左右。”似乎,这种可能性离我们越来越近。明尼苏达大学教授史密特称,他发现了一种更便宜、更有效的制氢方法,目前从天然气中分离1千克氢气约需3.6-7美元,而用史密特的方法只需1.5美元。
    安全则是氢经济的另一大挑战。化工专家莫伊说,氢气比石油更容易挥发,这也意味着它更危险。“这代表着,即使是一个火花、只需点燃石油1/10的量就可以点燃氢气。”氢无色无味等独特物理特质决定了其火焰肉眼无法看见、气味也闻不着、着火范围更宽、火焰传播速度更高、更容易泄漏、更容易爆炸……对此,维尔德却很乐观,“任何能源都会有安全问题,但我相信科技发展可以解决。当汽车刚问世的时候,很多人想到车上装了数十加仑的石油就会害怕。但有了高度压缩的气缸,就算打它一枪都还是安全的,不会爆炸。”
    氢气的“不安分”使储存、运输、补充氢气都成为一个个亟待攻关的难题。运输氢气的成本就高得吓人,据日本机构的一项测算,即使已相当高昂的氢气生产成本与运输费相比,也仅1/20。而且,氢气需要压缩或液化才能存储、运输,由于氢气密度很低,压缩或液化、分配等过程中的能量耗费也很厉害。
    建立“氢能经济社会”所需的基础设施也代价不菲。通用汽车公司的有关数据显示,建立供美国70%人口使用的氢基础设施需120亿美元。氢动力基础设施初期需要20至30年的投资。从钻探平台到加油站,庞大的石油基础设施或许已为我们服务了80年,但它也让世界各国花费了数万亿美元。先花费几十亿美元进行研究,将有助于我们规划今后的道路。当各国对石油的最终争抢开始时,在氢技术研发领域所花的每一美元,都将为我们省下多得多的钱。德国林德公司(该公司的天然气分部从事氢的生产、储存和经销)首席执行官沃尔夫冈·茨勒如是说。
    燃料电池:领跑氢能经济
    目前要说氢能的真正应用,主要是通过氢燃料电池来实现的。这样的说法可能一点也不夸张:作为氢经济核心技术的燃料电池,必将在未来的产业结构中扮演重要角色。
    日本北海道大学触媒化学研究中心教授市川胜说,“最有冲击力的是燃料电池。有了它,即便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,燃料电池将帮助人们进入一个不受电力和燃气基础设施网络束缚的新时代”。氢燃料电池可以以分布式电站、家庭电源、备用电源等形式出现,作为传统电站和电网系统的补充,缓解城市用电压力、降低由于电网故障造成停电事故的损失;氢燃料电池还可用于热电联供站,为医院、学校、办公楼、居民小区供暖、制冷,同时向电网提供电力,并且无污染、低噪声。日本野村综合研究所估算,燃料电池市场在2010年将达到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10万-20万个家庭引入这种设备。
    而以氢为燃料的“燃料电池发动机”,随着近年来在科技及应用方面的重大突破,日益成为推动氢经济的发动机。氢能专家坚信:氢燃料电池将结束内燃机时代。因为燃料电池避免了传统的热机循环限制,直接将氢的化学能转化为动力,其产能效率为传统内燃机的4倍以上。研究还表明,汽油能量从油箱转换到车轮的过程由于燃烧,散热,机械磨损等原因最后传输到车轮的推进能量不到1/5,而氢燃料电池汽车用能效率却能达到3/5以上,换句话说如果用现在汽车的储油箱储藏同样体积的氢能的话可以行驶目前汽车3倍以上的距离而不用加氢。
    既然“燃料电池发动机”的优势显而易见,为什么其市场化之路走得如此之慢?早在1994年10月,欧洲与加拿大联合研制的第一辆以液态氢为燃料的公共汽车就投入试运行。快10年了,氢动力车仍属于实验阶段。没有足够的车辆,燃料供应商不愿投资,而未建立起加氢站网络,汽车制造商又不会行动。比如,目前制造一辆燃料电池车的花费约是普通内燃机汽车成本的100倍左右,戴姆勒-克莱斯勒公司今年投放市场的梅赛德斯-奔驰A级燃料电池汽车的售价就超过1.8万美元/辆。
    还有分析认为,氢燃料汽车之所以在西方没有发展起来,表面原因是成本没有降到可以与燃油汽车相竞争的水平,但更深层次的原因是传统汽车工业强大的惯性。因为氢燃料汽车不仅仅是发动机的更改,而且是设计、制造、材料、电气、控制和整个社会服务体系的全面变革。这就意味着以传统汽车工业为基础的国家,整个工业体系面临巨大调整,代价难以承受。这些“绊脚石”会否阻碍氢动力车的开动?日本矢野经济研究所日前发表了《氢燃料汽车市场的开发动向》报告,调查显示,氢燃料汽车将于2005年投放市场,2008年以后实现量产。预计截至2010年,全球所有氢燃料汽车的普及数量将达约4万辆。在普及方面,走在前列的是积极在国内建设基础设施的以德国为中心的欧洲,紧随欧洲之后的美国正从加利福尼亚等西海岸开始建设基础设施。到2010年,全球氢燃料汽车市场中,欧洲将占据40.5%的份额,美国占38%,日本则由于在建设基础设施上的落后,市场份额仅为20.3%。
    此外,报告还预计,在实用化方面领先的仍将是欧美企业,尤其是宝马公司将扮演主角。目前世界汽车工业巨头,戴姆勒-克莱斯勒、通用、福特、奔驰、宝马、本田、丰田等,都在大力研究燃料电池汽车。
    作为世界上第一批生产氢能燃料电池汽车的公司之一———戴姆勒-克莱斯勒公司已展开了20多项与氢能源相关的研究,公司表示:“虽然总投入近10亿欧元,但开发氢能是具有前瞻性的,我们还会继续投入财力。”今年3月起,该公司以燃料电池为动力的汽车已在美国
    UPS公司实际应用于递送服务。宝马公司在氢燃料汽车研发上也投入了近10亿欧元;加拿大Ballard公司制造的氢燃料电池公共汽车已投入实际使用;丰田、本田、日产汽车都准备在未来5年内让氢能试验车上路……二线阵营中的现代、菲亚特、马自达等制造商也不甘人后,因为它们心知肚明:未来是属于氢能的!谁都希望赢在起跑线上。
    除了汽车,燃料电池驱动的飞机、火车、轮船也处于开发之中。8月初,霍华德造船公司制造的部分以燃料电池驱动的潜艇正式下水。
    氢能战略:大国“抢跑道”
    抢占未来能源制高点,就是抢占了未来经济的制高点。于是,大国在争夺更多石油能源的同时,也不遗余力地深思熟虑如何尽早步入永续发展的氢经济时代。在美国、欧盟、中国、日本,氢能战略已被列上发展日程、加紧部署———美国针对运输机械的“FreedomCAR”计划和针对规模制氢的“FutureGen”计划;日本的“NewSunshine”计划及“We-NET”系统;欧洲的“Framework”计划中关于氢能科技的投入也呈现指数式上升的趋势;冰岛还宣布,在20年内建立全球首家氢经济社会。
    中国在氢经济的征途上脚步渐快。去年11月,中国、美国等15个国家和欧盟共同签署“氢经济国际合作伙伴计划(IPHE)”参考条款,目标是建立一种合作机制,有效地组织、评估和协调各成员国,为氢能技术研发、示范和商业化活动提供一个能推动和制定有关国际技术标准与规范的工作平台。今年5月,中国燃料电池公共汽车商业化示范项目签署了车辆采购合同,标志着由全球环境基金、联合国开发计划署和中国政府共同支持的中国燃料电池公共汽车示范项目进入了崭新阶段,中国成为发展中国家第一个燃料电池公共汽车示范运行的国家。截至目前,中国自主研制的燃料电池汽车客车已实验运行2000多公里。
    美国已制定国家氢能发展路线图,今后5年政府将拨款17亿美元支持氢能开发。能源部制订的“氢计划”,提出要在2010年让燃料电池车在汽车市场上占到25%。为此,能源部日前投入了第一笔3.5亿美元的经费来补助汽车制造厂、私人公司及研究机构进行氢能车辆研发。而氢燃料电池公共汽车已在美国芝加哥完成了为期3年的商业化示范运行。美国能源部还跟著名科技研发公司MillenniumCell签订合同,在2004年至2006年间拿出350万美元资助这家公司的氢能研究计划。
    日本经济产业省今年3月9日决定,大力发展和普及以燃料电池为动力的下一代环保汽车。计划到2010年发展燃料电池汽车5万辆,到2020年发展500万辆,并将2030年定为燃料电池汽车普及年,数量达到1500万辆,普及率达到20%以上。“氢能添加站”也有增加目标,2020年在全国建造3500个“氢能添加站”,到2030年增至8500个。不久前,美日两国还签署了合作研究氢燃料电池的声明。
    欧盟委员鲁兹则强调,欧盟分别拨出2000万欧元和600万欧元的专款用于氢能的生产、存储、运输和燃料电池研究开发,欧洲10个城市去年开始便开展了燃料电池公共汽车商业化载客示范运行。
    从各国红红火火搞氢经济的现状来看,氢经济社会是否为期不远了呢?维尔德认为,至少还要等上几十年,44岁的维尔德说,“当我二十年后退休的时候,我将会看到氢能源成功地打入某些市场,例如个人消费电器市场成长非常迅速,氢能电池可以符合消费者的需求。我也将看到氢气被使用在军事以及太空用途上。”他相信他的两个孩子未来对氢能源的熟悉程度,就像他们这一代对电脑和互联网的熟悉程度一样。
    

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