氢经济

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氢经济（Hydrogen Economy）

　　氢经济（英文：Hydrogen Economy）一词，由John Bockris 在美国通用汽车公司（General Motors）技术中心于1970年演讲所创。当时发生第一次能源危机时，主要为描绘未来氢气取代石油成为支撑全球经济的主要能源后，整个氢能源生产、配送、贮存及使用的市场运作体系。

　　氢电池即是利用氢气经过化学反应后产生能量，是燃料电池的一种，它不但不会产生废气污染环境，而且也可以储存能量，所以是目前正在研究大量生产的方法。目标是取代现有的石油经济体系，并达到环保目标，但是诸多技术瓶颈导致“先有鸡、先有蛋”的循环难题，很多氢设备要大量使用才有成本效益，但是不先装设这些天价设备；则根本无法吸引人使用，更不会有相关产业，如何过渡到氢时代是氢经济的研究课题。

　　氢经济是为了取代诸多困扰的石油经济体系而生的解决方案。包含运输，和其他会导致温室气体的应用；一次给予解决计划。

　　在目前的石油经济中，人员运输和商品运输都靠石油，例如石油提炼的汽油和柴油，少数是天然气。不论如何都会产生温室气体和其他污染物质。而且石油藏量已经到达极限，但是使用需求却一直飙高，例如中国印度和巴西等新兴国家越来越多人生活水准提升也需要用油。 氢气是一种极高能量密度与质量比值的能源。燃料电池的效益高过诸多内燃机。内燃机效率顶多有20–30%，而最差的燃料电池也有35–45%效率(通常都更高很多)，再加上相关电动马达和控制器的耗损，最后纯输出能量最差也有24%，但是，内燃机的则是更低得多。

　　评估成本时，石油和瓦斯(所有化石燃料) 虽然名义上看来便宜，但是真实成本是很少被面对的。这些不可再生的能量来源是数百万年才产生在地球内部，通常用"免费" 来计算生产成本；只计算开采成本。虽然可以以石化工业副产品提供一部分的氢气需求，但超出此部分后任意瓦数的氢能还是都比其他可再生能源(例如太阳能)要贵。

　　在此前提下，氢气不见得是长期来看最便宜的能源，因为目前电解制氢和燃料电池科技没有解决诸多问题。氢气运送管线成本很高昂高过任何电线管路、也比天然气管线贵将近三倍，因为氢会加速一般钢管的碎裂(氢脆化)，增加维护成本、外泄风险、和材料成本。有人提出一种新科技：如果用高压运送只要多一点管线成本，但是高压力管需要更多材料打造。所以要进入氢经济时代需要大量的管线基础建设投资才能储存和分配氢气到末端的氢气车用户。

　　相比之下电动车的分配管线可以用现成的电线，只要稍微扩充升级就可以达到储存和分配电力，晚上多数电动车充电时段，其实刚好还有许多发电厂的多余电力。2006十二月能源部辖下“太平洋西北国家实验室”做的实验发现如果全美国都换成电动车，光闲置电力就可以供应它们84%需求。但是电动车一大缺点就是预先充电时间漫长，氢气车和汽油车则有类似特征，随时没燃料只要灌入燃料就能行驶，便利性比较高，跑长途旅程也比较安全不会有半路停下等充电的窘境。

　　除少数气体，如乙炔，甲硅烷和环氧乙烷之外，在所有的气体中，氢气是具有最宽的爆炸性/点火的气体与空气的混合范围。这意味着当火焰或火花点燃氢泄漏的混合气体时候，无论空气和氢气之间的混合比例如何，都将最有可能导致爆炸而不是一个单纯的火焰。这使得氢燃料的使用，特别是在封闭的领域，如隧道或地下停车场的使用会尤其危险。[10]因为纯的氢-氧燃烧火焰是在肉眼几乎看不见的紫外线的色彩范围，所以如果氢气泄漏在燃烧，需要火焰探测器才能检测到。氢是无味的，无法通过嗅觉被检测到泄漏。

　　不同的氢气生产方法有不同的固定投资额和边际成本。 制氢的能源和燃料可以来自多种来源例如天然气、核能、太阳能、风力、生物燃料、煤矿、其他化石燃油、地热。(以下以全美国汽车都改为氢气的假设为计算单位)

• 天然气：用气电共生改良后，需要15.9百万立方呎的瓦斯，如果每天生产500公斤，由改装的加油站就地生产(例如高科技加气站)，相当于改装777,000座加油站成本$1兆美金；可产每年1亿5000万吨氢气。先假设不需额外氢气分配系统的投资成本下；等于每GGE单位$3.00美元(Gallons of Gasoline Equivalent 相当一加仑汽油的能量简称GGE，方便和目前油价作比较)
• 核能：用以提供电解水的氢气电能来源。需要240,000吨铀矿—提供2,000座600兆瓦发电厂，等于$8400亿美金，等于每GGE单位$2.50美元。[23]
• 太阳能：用以提供电解水的氢气电能来源。需要每平方米达2,500千瓦(每小时)效率的太阳能版科技，共1亿1300万座40千瓦的机组，成本推估约$22兆，等于每GGE单位$9.50美元。
• 风力：用以提供电解水的氢气电能来源。每秒7米的平均风速计算，需要1百万座2百万瓦风力机组，成本约$3兆美金等于每GGE单位$3.00美元。
• 生物燃油：气化厂用气电共生改良后。需要15亿吨干燥生物材料，3,300座厂房需要113.4百万英亩(460,000 km²)农场提供生物材料。约$5650亿美元，等于每GGE单位$1.90美元(假设土地不匮乏且地价最便宜状态)。
• 煤矿：火力发电用气电共生改良后提供电解水的氢气电能来源。需要10亿吨煤将近1,000座275兆瓦发电厂成本$5000亿美金，等于每GGE单位1美元。

　　以上看出由煤矿的制氢最便宜，但是除非二氧化碳封存技术普及化及实用化，否则产生的高污染会使氢气科技的环保性荡然无存。