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還面臨著結構比重低、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。相關專家認為，持續(xù)進行的技術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以保障全面建設小康社會目標的實現(xiàn)，同時我們也面臨著國內資源和環(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構中的比例，同時尋求更清潔的能源替代?；诖四康?，過去10年至20年間，大量的風電、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，我國清華大學則長期致力于新能源科學技術研究和人才培養(yǎng)，形成了新型核能、太陽能、風能、生物質能以及新能源戰(zhàn)略和政策等領域的新能源科研和教學體系，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家就曾向時任的八國領導人提交了氫能的《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)技術綜合開發(fā)機構（NEDO）新能源技術局局長Shintaro Matsumoto近期指出：“我覺得再過5年至10年，我們是能夠實現(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?！边@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部的熱核反應已經(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和環(huán)境問題，科學家進行了多種研究，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也沒有污染威脅的高質量生活的途徑。

　　但有關氫能源的推廣應用，同樣充滿著爭議。從軍工領域來看，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、風能也可以轉化成氫能進行輸送。資料顯示，日本正加速構建氫能源社會，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)生化學反應，生成臭氧，它和大氣中的其他成分結合就形成了光化學煙霧，其對健康的危害極大。

　　光化學煙霧能使樹木枯死，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。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，是清華大學核能與新能源技術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，汽車結構將發(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)的化學干電池，氫燃料電池其實是一種發(fā)電裝置，將化學能轉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)展氫能的主要內容。在我國，山西省國新能源技術有限責任公司已經(jīng)建立了HCNG的工業(yè)示范項目，我國應在有條件的地方開展HCNG應用。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構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、美國等獲得成功應用。我國擁有很多氫能相關技術，各種技術的商業(yè)化水平也不同，應根據(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。

　　浙江大學王啟東教授也持類似觀點。他表示，氫能利用應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，科學家提出了太陽-氫能系統(tǒng)。簡單地說，就是太陽能轉化為電，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)。