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科学家对可持续氢经济产生怀疑
作者:科技日报 时间:2007-11-8 9:45:00 

氢气可由水来产生,而水几乎是无限的。这是氢经济鼓吹者常常夸耀的氢能的好处之一。这个假设也许是想当然的,因为至今还没有一项重要的科学研究已经充分考虑了一个可持续的氢能经济到底需要多少水? 

最近,美国德州大学国际能源和环境政策中心副主任迈克尔?韦伯填补了这一空白。他首次以最新数据分析了“过渡”氢经济的总需水量。据美国国家研究理事会(NRC2004年的一项报告预测,氢经济将于2050年左右在美国全面展开,而“过渡”氢经济应在30年的时间内,亦即2037年左右出现。

  NRC预测,到那个时候,美国每年生产的氢气将达600亿公斤。韦伯的分析估计,生产这一数额的氢气每年将使用约720亿立方米—2610亿立方米的水,相当于每天使用约2亿立方米—7.2亿立方米的水用作电解生产的原料以及热电厂的冷却剂。而目前美国90%%的电力由热电生产,每天的耗水量为7.4亿立方米(每年2725亿立方米),这样,用水量将新增27%%97%%。在过去的几十年间,电力生产的用水量一直保持稳定,用水量的急剧增长可能对自然资源和公共政策产生不可预计的后果。

  韦伯的分析计算了氢经济的直接和间接用水量。直接利用水作为原料制氢,水通过裂解过程分离成氢和氧。生产方法包括甲烷蒸汽重整,核热分解,煤炭气化或生物方法。但美国能源部2004年的计划报告中预测,在氢过渡阶段占主导地位的生产方法以电解法为最有可能。 

  基于水的原子特性,制备1公斤氢气需要大约9升的水作为原料。那么,一年生产600亿公斤氢将需要5.4亿立方米的蒸馏淡水。这个数字相当于精炼同等数额的石油所需的耗水量(每升汽油约1升—2.5升水)。 

  增幅最大的用水量将来自间接的用水需要,尤其是作为电解所需的电力供应用的冷却液。由于电解法有可能利用现有的基础设施,它将从电网取电,因此仍将依靠热电厂的供电。 

  以100%的电解效率计算,电解法生产一公斤氢将需要用电约40度,不过,现有系统的效率约60%%70%,美国能源部公布的未来目标是达到75%。基于电解法制氢所占的比例(韦伯提供的估值从35%%85%%),在电解效率达到75%时,耗电量将在1.13万亿度至2.75万亿度之间。当电解效率降为60%%时,耗电量最高将达3.35万亿度。相比之下,2005年美国全年的发电量为4.06万亿度。

  2000年,热电发电生产1度电平均需要用水78升。按此计算,韦伯估计通过电解制氢,即使达到75%的电解效率,制备1公斤氢将需要大约4.16立方米的冷却水,每年仅用于冷却的用水量将达2500亿立方米。 

  NRC的报告预测,到2050年氢的需求量可能超过1000亿公斤,这几乎是韦伯估计的600亿公斤的两倍。 

  韦伯称,这项分析并不意味着我们不应再追求氢能经济,只是说,如果通过热电电解法制氢,对水资源的影响可能相当严重。大部分的水资源被用来冷却发电叶片,因此只有实施发电冷却方法的全面转移或者不需制冷的发电技术才能大大减轻水资源的潜在负担,抑或找到其他大规模生产电力的方法以满足电解需求。

  韦伯认为,如果电解成为制氢的一种普遍的方法,研究者可能想寻找其他发电方法来取代热电法发电,来给电解供电。届时,由于美国能源部的大规模投资,研究人员也许会发现更好的办法来制氢。2008年,美国能源部在氢能技术上的投资将超过9亿美元。他认为最有前景的是通过风力或太阳能发电,或者是使用空气冷却技术等无水冷却方法。 

  氢能就像乙醇、风能和太阳能或其他替代能源一样,有许多优点,但也会产生一些值得我们注意的重要影响。氢能作为向绿色能源时代过渡进程中的一揽子方法之一,应继续得到鼓励和扶持。但考虑到对水资源可能造成的一些意想不到的影响,断定氢能是可将其他选项排除在外的唯一答案似乎为时尚早。

来源:科技日报
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