氫經濟

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氫經濟（Hydrogen Economy）

　　氫經濟（英文：Hydrogen Economy）一詞，由John Bockris 在美國通用汽車公司（General Motors）技術中心於1970年演講所創。當時發生第一次能源危機時，主要為描繪未來氫氣取代石油成為支撐全球經濟的主要能源後，整個氫能源生產、配送、貯存及使用的市場運作體系。

　　氫電池即是利用氫氣經過化學反應後產生能量，是燃料電池的一種，它不但不會產生廢氣污染環境，而且也可以儲存能量，所以是目前正在研究大量生產的方法。目標是取代現有的石油經濟體系，並達到環保目標，但是諸多技術瓶頸導致“先有雞、先有蛋”的迴圈難題，很多氫設備要大量使用才有成本效益，但是不先裝設這些天價設備；則根本無法吸引人使用，更不會有相關產業，如何過渡到氫時代是氫經濟的研究課題。

　　氫經濟是為了取代諸多困擾的石油經濟體系而生的解決方案。包含運輸，和其他會導致溫室氣體的應用；一次給予解決計劃。

　　在目前的石油經濟中，人員運輸和商品運輸都靠石油，例如石油提煉的汽油和柴油，少數是天然氣。不論如何都會產生溫室氣體和其他污染物質。而且石油藏量已經到達極限，但是使用需求卻一直飆高，例如中國印度和巴西等新興國家越來越多人生活水準提升也需要用油。 氫氣是一種極高能量密度與質量比值的能源。燃料電池的效益高過諸多內燃機。內燃機效率頂多有20–30%，而最差的燃料電池也有35–45%效率(通常都更高很多)，再加上相關電動馬達和控制器的耗損，最後純輸出能量最差也有24%，但是，內燃機的則是更低得多。

　　評估成本時，石油和瓦斯(所有化石燃料) 雖然名義上看來便宜，但是真實成本是很少被面對的。這些不可再生的能量來源是數百萬年才產生在地球內部，通常用"免費" 來計算生產成本；只計算開采成本。雖然可以以石化工業副產品提供一部分的氫氣需求，但超出此部分後任意瓦數的氫能還是都比其他可再生能源(例如太陽能)要貴。

　　在此前提下，氫氣不見得是長期來看最便宜的能源，因為目前電解制氫和燃料電池科技沒有解決諸多問題。氫氣運送管線成本很高昂高過任何電線管路、也比天然氣管線貴將近三倍，因為氫會加速一般鋼管的碎裂(氫脆化)，增加維護成本、外泄風險、和材料成本。有人提出一種新科技：如果用高壓運送只要多一點管線成本，但是高壓力管需要更多材料打造。所以要進入氫經濟時代需要大量的管線基礎建設投資才能儲存和分配氫氣到末端的氫氣車用戶。

　　相比之下電動車的分配管線可以用現成的電線，只要稍微擴充升級就可以達到儲存和分配電力，晚上多數電動車充電時段，其實剛好還有許多發電廠的多餘電力。2006十二月能源部轄下“太平洋西北國家實驗室”做的實驗發現如果全美國都換成電動車，光閑置電力就可以供應它們84%需求。但是電動車一大缺點就是預先充電時間漫長，氫氣車和汽油車則有類似特征，隨時沒燃料只要灌入燃料就能行駛，便利性比較高，跑長途旅程也比較安全不會有半路停下等充電的窘境。

　　除少數氣體，如乙炔，甲硅烷和環氧乙烷之外，在所有的氣體中，氫氣是具有最寬的爆炸性/點火的氣體與空氣的混合範圍。這意味著當火焰或火花點燃氫泄漏的混合氣體時候，無論空氣和氫氣之間的混合比例如何，都將最有可能導致爆炸而不是一個單純的火焰。這使得氫燃料的使用，特別是在封閉的領域，如隧道或地下停車場的使用會尤其危險。[10]因為純的氫-氧燃燒火焰是在肉眼幾乎看不見的紫外線的色彩範圍，所以如果氫氣泄漏在燃燒，需要火焰探測器才能檢測到。氫是無味的，無法通過嗅覺被檢測到泄漏。

　　不同的氫氣生產方法有不同的固定投資額和邊際成本。 制氫的能源和燃料可以來自多種來源例如天然氣、核能、太陽能、風力、生物燃料、煤礦、其他化石燃油、地熱。(以下以全美國汽車都改為氫氣的假設為計算單位)

• 天然氣：用氣電共生改良後，需要15.9百萬立方呎的瓦斯，如果每天生產500公斤，由改裝的加油站就地生產(例如高科技加氣站)，相當於改裝777,000座加油站成本$1兆美金；可產每年1億5000萬噸氫氣。先假設不需額外氫氣分配系統的投資成本下；等於每GGE單位$3.00美元(Gallons of Gasoline Equivalent 相當一加侖汽油的能量簡稱GGE，方便和目前油價作比較)
• 核能：用以提供電解水的氫氣電能來源。需要240,000噸鈾礦—提供2,000座600兆瓦發電廠，等於$8400億美金，等於每GGE單位$2.50美元。[23]
• 太陽能：用以提供電解水的氫氣電能來源。需要每平方米達2,500千瓦(每小時)效率的太陽能版科技，共1億1300萬座40千瓦的機組，成本推估約$22兆，等於每GGE單位$9.50美元。
• 風力：用以提供電解水的氫氣電能來源。每秒7米的平均風速計算，需要1百萬座2百萬瓦風力機組，成本約$3兆美金等於每GGE單位$3.00美元。
• 生物燃油：氣化廠用氣電共生改良後。需要15億噸乾燥生物材料，3,300座廠房需要113.4百萬英畝(460,000 km²)農場提供生物材料。約$5650億美元，等於每GGE單位$1.90美元(假設土地不匱乏且地價最便宜狀態)。
• 煤礦：火力發電用氣電共生改良後提供電解水的氫氣電能來源。需要10億噸煤將近1,000座275兆瓦發電廠成本$5000億美金，等於每GGE單位1美元。

　　以上看出由煤礦的制氫最便宜，但是除非二氧化碳封存技術普及化及實用化，否則產生的高污染會使氫氣科技的環保性蕩然無存。