氫的傳奇網(wǎng)將分享毛宗強(qiáng)的《制氫工藝與技術(shù)》，內(nèi)容有煤制氫、天然氣制氫、石油制氫、可再生能源制氫、太陽(yáng)能發(fā)電水解制氫、生物質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)氫、生物質(zhì)熱化學(xué)制氫、核能制氫、等離子制氫、汽油柴油制氫、醇類(lèi)甘油重整制氫、甲酸分解制氫、氨氣制氫、烴類(lèi)分解生成氫氣和炭黑的制氫方法、NaBH4制氫、硫化氫分解制氫、金屬粉末制氫、副產(chǎn)氫氣的揮手與凈化等。

隨著氫醫(yī)學(xué)的發(fā)展，未來(lái)醫(yī)院可能大規(guī)模的開(kāi)展氫氣呼吸，因?yàn)闅錃饪赡苁且环N可能改變?nèi)祟?lèi)衛(wèi)生健康方式的廉價(jià)易得的醫(yī)學(xué)氣體，目前家用吸氫機(jī)就是采用質(zhì)子膜水電解制氫，高質(zhì)量的水素杯也是采用這種質(zhì)子膜電解水技術(shù)。

■前言

為什么說(shuō)氫是人類(lèi)永恒的能源、人類(lèi)未來(lái)的能源?是因?yàn)椋?/p>

(1)氫及其同位素的資源豐富。每個(gè)水分子含有兩個(gè)氫原子個(gè)氧原子。相比氧化鐵是“鐵礦”,那么,水就是無(wú)窮的“氫礦”。

而氫在使用后又復(fù)生成水?？梢?jiàn)氫的量是無(wú)窮無(wú)盡的。我們知道地球的70%以上的表面都覆蓋著水,人們不必像爭(zhēng)奪分布極度不平衡的石油和煤那樣去爭(zhēng)奪水,由此我們也稱(chēng)氫為“和平能源”。大力發(fā)展“和平能源”是我國(guó)崛起的必然之路。

(2)氫很“容易”得到。只要有水和其他任何能源,甚至金屬、化合物都能獲得氫氣。氫氣是能源載體,所有的一次能源和能源載體都可以用來(lái)直接或間接生產(chǎn)氫氣。所謂直接生產(chǎn)氫氣,指與水反應(yīng)制得氫氣或直接裂解生成氫氣如天然氣直接裂解生成氫氣和碳所謂間接生成氫氣,是指先發(fā)電,再利用電解水制得氫氣或先制成含氫載體,如氨氣、甲醇、乙醇等,再裂解它們制得氫氣。氫氣的制取方法很多,包括:熱化學(xué)制氫、電化學(xué)制氫、微生物學(xué)制氫,等等。易得是氫的重要特點(diǎn),如何制得氫氣是本書(shū)的主要內(nèi)容。

(3)氫能是無(wú)碳能源,是最環(huán)保的能源。無(wú)論你用什么方式使用氫氣,其最終的產(chǎn)物都是水,是清潔的、無(wú)污染的水。氫在其生命周期中,不給環(huán)境留下一丁點(diǎn)c2,氫是典型的無(wú)碳能源。

(4)氫氣具有可儲(chǔ)存性。它既可以以氣態(tài)、液態(tài)的形式儲(chǔ)存和輸配,也可以以不飽和的氫的液體、固體及金屬氧化物的形式進(jìn)行儲(chǔ)存和運(yùn)輸。

(5)氫是宇宙中最豐富的元素。構(gòu)成宇宙的物質(zhì)的元素中,大約占據(jù)宇宙質(zhì)量的75%。地球之母—太陽(yáng),就是依靠氫的同位素氘和氚的聚合反應(yīng)生成巨量的熱和光,溫暖著地球,照耀著地球。使用氫作為能源,就是回歸宇宙法則,“替天行道”。

(6)氫是安全的能源。每種能源載體都有其物理化學(xué)技術(shù)性的特有的安全問(wèn)題。氫在空氣中的擴(kuò)散能力很強(qiáng),因此氫泄漏或燃燒時(shí)就很快地垂直上升到空氣中并擴(kuò)散。因?yàn)闅浔旧頉](méi)有毒性及放射性所以不可能有長(zhǎng)期的未知范圍的后續(xù)傷害。氫不會(huì)產(chǎn)生溫室效應(yīng)?，F(xiàn)在已經(jīng)有整套的氫安全傳感及執(zhí)行裝置,可及時(shí)測(cè)定氫氣的泄漏并采取措施,將事故消滅在萌芽狀態(tài),保證氫氣使用安全。

通常,氫能產(chǎn)業(yè)鏈由制氫、儲(chǔ)運(yùn)和應(yīng)用組成,制氫是完整的氫能產(chǎn)業(yè)鏈的第一環(huán),非常重要,沒(méi)有氫氣,就無(wú)從談起氫能產(chǎn)業(yè)。近年來(lái),準(zhǔn)備投入氫領(lǐng)域的投資人、企業(yè)家越來(lái)越多。他們的第一個(gè)問(wèn)題往往就是氫氣從哪里來(lái)?為了比較系統(tǒng)地回答這一問(wèn)題,我們?cè)?015年在化學(xué)工業(yè)出版社的支持下,出版了《氫氣生產(chǎn)熱化學(xué)利用》,介紹了工業(yè)化制氫方法及其氫能在內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐、切割、焊接及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的應(yīng)用,得到讀者好評(píng)。為了適應(yīng)最近

投資人和企業(yè)家對(duì)氫氣生產(chǎn)的深入了解,我們決定編寫(xiě)本書(shū),不僅僅介紹工業(yè)化生產(chǎn)氫氣,也介紹有潛力的無(wú)碳?xì)錃?又稱(chēng)綠色氫氣)生產(chǎn),例如更接近產(chǎn)業(yè)化的風(fēng)力制氫、生物質(zhì)制氫。希望一方面滿足新進(jìn)入氫能領(lǐng)域的人士需要,另一方面切實(shí)推動(dòng)無(wú)碳制氫發(fā)展。

■能將成為主體能源

化石燃料是當(dāng)今世界能源市場(chǎng)的支柱和世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)力，然而化石燃料的廣泛使用，對(duì)全球環(huán)境造成了很大威脅。在滿足能源需求、支持經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和保護(hù)全球環(huán)境的多重難題下，發(fā)展無(wú)碳的氫能是人類(lèi)擺脫困境的重要途徑。

世界能源結(jié)構(gòu)在歷史上發(fā)生過(guò)兩次能源革命：煤炭替代薪柴，石油和天然氣替代煤炭。生產(chǎn)力發(fā)展的需求是這兩次能源革命的主要?jiǎng)右颉，F(xiàn)在，世界能源結(jié)構(gòu)正在發(fā)生第三次革命：從以化石燃料為主的能源系統(tǒng)轉(zhuǎn)向可再生能源、氫能等多元化結(jié)構(gòu)。環(huán)境要求是本次能源革命的主要?jiǎng)右颉?/p>

■氫能是理想的凊潔高效的二次能源

隨著制氫、氫能儲(chǔ)運(yùn)及燃料電池技術(shù)的發(fā)展，氫能已經(jīng)跨過(guò)概念、示范進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。據(jù)統(tǒng)計(jì)近三年“零排放”的氫燃料電池汽車(chē)已經(jīng)商業(yè)化銷(xiāo)售6475輛。雖然和全球汽車(chē)數(shù)目相比，氫燃料電池汽車(chē)數(shù)量還是很少，但這是氫能的萌芽，揭示氫能替代化石燃料成為現(xiàn)實(shí)。有苗不愁長(zhǎng)，氫能萌芽一定會(huì)成為參天大樹(shù)。

氫不但是一種優(yōu)質(zhì)交通燃料，還是石油、化工、化肥和冶金工業(yè)中的重要原料和物料。用氫燃料電池可直接發(fā)電，采用燃料電池和氫氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，其能量轉(zhuǎn)換效率將遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的火電廠可以預(yù)見(jiàn)：21紀(jì)將是氫能世紀(jì)，人類(lèi)將告別化石能源而進(jìn)入氫能社會(huì)。

■0.1氫氣是“全能”的高級(jí)能源并可能成為下個(gè)主體能源

2015年國(guó)際能源署(EA)對(duì)能源給出新的定義。如圖0-1所示。

IEA根據(jù)能源的應(yīng)用形式將能源分為熱、電和交通工具燃料三類(lèi)。其中對(duì)于目前的能源，石油是能夠同時(shí)用作這三類(lèi)的能源。煤炭和核能只能用于熱和電?？稍偕茉粗?，太陽(yáng)能光伏只能用作熱和電能風(fēng)能和水能只產(chǎn)生電能；生物質(zhì)能產(chǎn)生熱和電(還可以制得交通工具用燃料——毛宗強(qiáng))。當(dāng)然這一分類(lèi)還值得商榷。利用同樣的標(biāo)準(zhǔn)，IEA認(rèn)為未來(lái)的能源中，氫氣將和石油一樣是能夠同時(shí)用作熱、電和交通工具用然料的能源。這說(shuō)明了氫能是可以廣泛用于所有類(lèi)別的高級(jí)”能源。

2017年1月達(dá)沃斯論壇期間，法液空、阿爾斯通、寶馬、戴姆勒、恩吉、本田、現(xiàn)代汽車(chē)、川崎重工、荷蘭皇家殼牌、林德、道達(dá)爾和豐田13個(gè)國(guó)際頂級(jí)汽車(chē)和能源公司CEO宣布成立“氫能委員會(huì)”推動(dòng)氫燃料電池。“氫能委員會(huì)”每年提供14億歐元發(fā)展氫燃料電池車(chē)?！皻淠芪瘑T會(huì)”主席輪流，首任主席為法液空和豐田CEO?！旰?，委員會(huì)又增加5個(gè)新的成員：英美資源集團(tuán)、奧迪公司、巖谷、塑料制品公司、國(guó)家石油公司，以及10個(gè)支持成員：三井、Plug Power、 Faber Industries、 Faurecia、第一元素燃料(真正的零)、戈?duì)枴⒇S田通商、 Hydrogenics，巴拉德、三菱。

■到2050年氫將占世界終端能源消耗的18%

2017年11月氫能委員會(huì)發(fā)布?xì)淠茉妇皥?bào)告：氫能無(wú)邊( hydrogen scaling up)。報(bào)告中預(yù)測(cè)：到2050年，大約4億輛氫的動(dòng)力汽車(chē)，1500萬(wàn)~2000萬(wàn)輛卡車(chē)，以及大約500萬(wàn)輛公共汽車(chē)，它們?cè)诟髯缘倪\(yùn)輸部門(mén)平均有20%~25%的份額；氫能也能占1/4客船和1/5的機(jī)車(chē)，基于氫的合成燃料在飛機(jī)和貨運(yùn)船中也將占一定比例；在建筑用熱量的需求約占10%；氫被用作30%的甲醇和10%的鋼鐵生產(chǎn)可再生原料。到2050年氫將占世界終端能源消耗的18%。

“主體能源”指在能源份額中占10%以上的能源。我國(guó)目前的主體能源為煤炭和石油。同時(shí)，正在努力希望于2020年將天然氣打造成為我國(guó)第三大主體能源。目前我國(guó)氫氣產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到2200萬(wàn)噸，占世界氫氣產(chǎn)量的34%。氫氣目前主要用于工業(yè)原料，如合成氨；間接能源，如石油加氫，煤制油，煤制天然氣，煤制甲醇；少量用于直接能源。

考慮到能源的發(fā)展速度，筆者估計(jì)2040年氫將占世界終端能源消耗的10%，即屆時(shí)氫能將成為主體能源。

■0.2氫在減排溫室氣體中的重要地位

要實(shí)現(xiàn)我國(guó)政府提出的到2020年單位GDP的CO2排放減少為2005年水平的40%~45%的目標(biāo)，氫能有著不可或缺的作用。減少CO2排放的主要途徑包括：節(jié)約能源、提高能源轉(zhuǎn)換及利用效率；調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，低碳能源； CCS/CCU。氫能在這三個(gè)方面都發(fā)揮著不可替代的作用。

(1)節(jié)能與提高能效離不開(kāi)氫能

氫能的主要利用方式是燃料電池，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中不受“卡諾循環(huán)”限制，能量轉(zhuǎn)換效率很高。一般汽油車(chē)從油井到最終車(chē)輪的總能源效率僅為13%，而氫燃料電池汽車(chē)從油井到車(chē)輪的總能源效率可達(dá)30%，是汽油車(chē)的兩倍多。

另外，氫燃料電池的發(fā)電效率也高于常規(guī)發(fā)電技術(shù)。在較低的發(fā)電功率(0.01~1Mw)情況下，普通往復(fù)式引擎的發(fā)電效率約為30%，燃料電池的效率可達(dá)40%；發(fā)電功率在1~100W的范圍內(nèi)，蒸汽輪機(jī)的發(fā)電效率也在30%左右，而燃料電池的效率則達(dá)到50%~60%；在較高的發(fā)電功率(100~1000M)范圍，IGCC的發(fā)電效率最高可達(dá)到60%，但如果用燃料電池結(jié)合蒸汽輪機(jī)還將獲得更髙的發(fā)電效率。

相對(duì)傳統(tǒng)能源，氫能的利用大大提高能源利用效率，從而減少化石能源的使用，并最終實(shí)現(xiàn)CO2的減排。

(2)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，增加可再生能源份額需要?dú)淠軈f(xié)助

在調(diào)整能源結(jié)構(gòu)方面，氫能也起著很重要的作用。目前，可再生能源由于時(shí)空不穩(wěn)定使其應(yīng)用價(jià)值大為降低，氫能可以很好地解決這問(wèn)題。首先，氫可以將可再生能源的多余電力儲(chǔ)存起來(lái)；其次，氫可以將風(fēng)能的低質(zhì)量電力變成優(yōu)質(zhì)電源；再次，氫能可以使風(fēng)能免除電網(wǎng)份額的限制；此外，氫能還可將可再生能源的電力變?yōu)槠?chē)的動(dòng)力?？梢哉f(shuō)，氫能是連接可再生能源和用戶的最好橋梁，將不穩(wěn)定的可再生能源轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的氫能，再將氫能用于汽車(chē)或發(fā)電，達(dá)到調(diào)整能源結(jié)構(gòu)的目的，最終實(shí)現(xiàn)能源的低碳化，減少CO2排放。

(3)煤的低碳化利用的第步就是生成氫氣

當(dāng)前的熱點(diǎn)：碳捕集與埋藏(CCS)主要有三種技術(shù)，即燃燒前捕集、燃燒后捕集和燃燒中捕集，其中燃燒前捕集技術(shù)在電力生產(chǎn)等方面應(yīng)用前景廣闊。在這一方法中，化石燃料首先在氣化爐中部分氧化產(chǎn)生合成氣(CO和氫氣)，再經(jīng)水煤氣變換得到CO2和氫氣，通過(guò)分離，就可以從相對(duì)純粹的排氣中捕捉CO2，得到的氫氣則可以作為燃料或進(jìn)一步利用。以華能集團(tuán)綠色煤電GCC+CCS項(xiàng)目為例，450MW級(jí)近零排放電站每年預(yù)計(jì)可捕集160萬(wàn)噸CO2。鑒于cCS技術(shù)中CO2的儲(chǔ)存較為困難，實(shí)際上就是CCG的技術(shù)可行性都沒(méi)有解決，談不上應(yīng)用。由此提出cCU技術(shù)，即捕集到CO后的資源化利用。CO資源化利用的主要方式包括催化加氫、高分子合成、有機(jī)合成、電化學(xué)法、人工光合成法和分解法等，其中催化加氫最為簡(jiǎn)單有效。CO2通過(guò)催化加氫，可以得到甲烷、甲醇、乙烯等重要化工產(chǎn)品。目前，CCU的主要問(wèn)題在于氫氣從何而來(lái)?從傳統(tǒng)的化石燃料來(lái)獲得氫氣顯然是不劃算的，而且對(duì)于CO2減排并沒(méi)有幫助；如果能夠通過(guò)可再生能源如太陽(yáng)能來(lái)獲得氫氣，再用以固定CO2，將有效減少CO2的排放。CCU的主要問(wèn)題是商業(yè)經(jīng)濟(jì)性，在現(xiàn)階段，其較高的生產(chǎn)成本是主要壁壘。

■0.3多種多樣、豐富多彩的制氫方法

現(xiàn)在世界能源的主體是化石能源。近百年來(lái)化石能源支撐人類(lèi)社會(huì)高速發(fā)展，功莫大焉。但有越來(lái)越多的證據(jù)表明化石能源的大量使用已經(jīng)損害了環(huán)境，并造成全球氣候的變化。而化石能源是一種有限的資源，特別是石油以現(xiàn)有的消費(fèi)速度很可能在100年內(nèi)就將被消耗完。而且化石能源的分布存在明顯的地理分布不均勻性。對(duì)能源的爭(zhēng)奪越來(lái)越激烈，由此也帶來(lái)了能源安全的問(wèn)題。在這種情況下，可再生能源越來(lái)越受到人們的重視?？稍偕茉窗ㄌ?yáng)能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、水力能、地?zé)崮?、海洋能源等。筆者在《無(wú)碳能源：太陽(yáng)氫》

(2009年，化學(xué)工業(yè)出版社)中“耀眼的太陽(yáng)氫”一節(jié)中指出氫會(huì)進(jìn)步提高可再生能源在全球能源市場(chǎng)中的比例?？傊瑲淠茉絹?lái)越受到人們的重視氫能是一種二次能源，在人類(lèi)生存的地球上，幾乎沒(méi)有現(xiàn)成的氫因此必須將含氫物質(zhì)加工后方能得到氫氣。最豐富的含氫物質(zhì)是水(H2O)，其次就是各種礦物燃料(煤、石油、天然氣、硫化氫)及各種生物質(zhì)等。

0.3.1根據(jù)制氫原料分類(lèi)

所有的化石能源都既可以直接制氫，也可以間接制氫。目前，全世界氫氣的主要來(lái)源是用化石能源制氫，其中主要是煤和天然氣制可再生能源中，太陽(yáng)能是最活躍的制氫介質(zhì)，有很多種方法制氫既可以直接制氫，也可以間接制氫。有太陽(yáng)和水就能制得氫。難怪太陽(yáng)能氫系統(tǒng)受到青睞。生物質(zhì)能也是可以多途徑制氫的介質(zhì)，它既可以直接制氫，也可以間接制氫，由于生物質(zhì)生長(zhǎng)過(guò)程吸收的CO2與其制氫過(guò)程釋放的CO2相當(dāng)，所以生物質(zhì)制氫備受重視；風(fēng)能、水能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽?不包括海洋植物)只能間接制氫，即先發(fā)電，再用電解水制氫。

核能和太陽(yáng)能一樣，可以直接或接制氫。

幾乎所有的能源載體都可以制氫。電是最重要的能源載體。電解水制氫是非常重要的工業(yè)化制氫方法。汽油、柴油、甲醇、氨氣等既是能源載體，也是重要的氫的載體，所以，用這些含氫豐富的氫能載體制氫是順理成章的事。

綜上所述，將根據(jù)原料劃分的制氫方法制圖如圖02(毛宗強(qiáng)毛志明氫能生產(chǎn)及熱化學(xué)利用北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015)所示。

圖0-2工業(yè)制氫方法框圖

從圖0-2可見(jiàn)，化石能源煤、石油和天然氣制氫途徑最多，可以直接制得氫氣，也可以先發(fā)電再制氫，還可以制成其他化合物(如汽柴油、甲醇)后再制氫?？稍偕茉粗刑?yáng)能、生物質(zhì)能和新能源核能則可以直接制氫或者先發(fā)電再制氫。而風(fēng)能、水力能、地?zé)崮芎秃Ｑ竽?不包括海洋植物)則只能先發(fā)電再電解水制氫。圖02中左下框的物質(zhì)都和氫一樣是能源載體，由它們可以直接制取氫氣。電也是能源載體，因?yàn)樗^為特殊，不僅可以由電制氫，稱(chēng)為PTG；也以由氫氣發(fā)電，稱(chēng)為GTP。電和氫就是一對(duì)“好兄弟”，可以相互轉(zhuǎn)化。圖0-2下框中的鋁粉、氧化鐵、硫化氫等，是一些金屬或化合物的代表，它們都可以直接制氫。

0.3.2根據(jù)制原理分類(lèi)

另一種分類(lèi)方法是根據(jù)制氫原理分類(lèi)?？梢詫⒐I(yè)制氫分為：熱化學(xué)方法、電化學(xué)方法、等離子體法、生物法和光化學(xué)法等。每種方法的原理和特點(diǎn)見(jiàn)表0-1。

表0-1制氫原理和特點(diǎn)

本文主要介紹已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化或接近產(chǎn)業(yè)化的工業(yè)制氫方法及原理并根據(jù)制氫原料分類(lèi)，這樣為各地區(qū)因地制宜制氫提供了可能性和現(xiàn)實(shí)性。

■0.4我國(guó)是世界產(chǎn)氫第一大國(guó)，化石燃料是目前制氫主力

據(jù)2016年中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院和全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)發(fā)布的《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書(shū)》，我國(guó)目前已經(jīng)是世界制氫第一大國(guó)。2015年，全世界產(chǎn)氫約4300萬(wàn)噸，其中，我國(guó)產(chǎn)氫2900多萬(wàn)噸，居世界各國(guó)氫氣產(chǎn)量之首。

目前，我國(guó)制氫主要還是依靠化石能源。筆者利用《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2017》匯總出如下信息。

0.4.1全國(guó)煤炭、天然氣制氬潛在產(chǎn)能

根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2017》的數(shù)據(jù)，2016年全國(guó)煤制氫和天然氣制氫的潛在產(chǎn)能列于表0-2。

①全國(guó)煤炭及天然氣產(chǎn)量數(shù)據(jù)來(lái)自《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2017》；單位中的m3為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積，下同。

②煤炭制氫氣產(chǎn)能按1煤炭可產(chǎn)生900m3氧氣(中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院，全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書(shū)北京中國(guó)質(zhì)檢出版社，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016：6)。

③天然氣產(chǎn)氧氣按2m3氫氣/m3天然氣計(jì)算。

④1億立方米氫氣=0.892857萬(wàn)噸氫氣。

由表0-2可見(jiàn)，2016年我國(guó)煤炭和天然氣制氫的理論產(chǎn)能達(dá)到33000乙立方米，折合2.9億噸。其中，華北是我國(guó)煤制氫的最大的潛在基地。

0.4.2 2016年全國(guó)氯堿、甲醇、合成氨的副產(chǎn)氫氣產(chǎn)能

2016年全國(guó)氯堿、甲醇、合成氨的副產(chǎn)氫氣產(chǎn)能(億立方米)分布見(jiàn)表0-3。

從表0-3可以看出，我國(guó)2016年焦炭、氯堿、甲醇和合成氨的理論副產(chǎn)氫氣分別為945億立方米、91億立方米、224億立方米和71億立方米，總計(jì)1331億立方米。另外，2016年，全國(guó)棄水、棄風(fēng)、棄光電量達(dá)1100億度，折合可生產(chǎn)氫氣220億立方米。2016年全國(guó)35臺(tái)商運(yùn)核電機(jī)組運(yùn)行裝機(jī)容量為33632.16MWe，按照公布的單機(jī)最大開(kāi)工8706.06h計(jì)，應(yīng)該發(fā)電2928.04億度，實(shí)際發(fā)電2105.19億度，棄電822億度。折合氫氣164億立方米。則“四棄”(棄水、棄風(fēng)、棄光和棄核)合計(jì)384億立方米氫氣。這樣，2016年，我國(guó)合計(jì)副產(chǎn)氫氣和棄電制氫理論產(chǎn)氫共1716億立方米，折合1532萬(wàn)噸。以每輛燃料電池小轎車(chē)每年行駛2萬(wàn)公里，消耗氫氣2000m3計(jì)算，可供8600萬(wàn)輛燃料電池小轎車(chē)一年的用氫量?？梢?jiàn)，副產(chǎn)氫氣是我國(guó)重要的氫氣來(lái)源之一，不可忽視。

表0-3 2016年全國(guó)氯堿、甲醇、合成氨的副產(chǎn)氫氣產(chǎn)能④單位：億立方米

①國(guó)氯堿、甲醇、合成氨來(lái)自《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2017》。

②焦炭副產(chǎn)氧氣按1t炭產(chǎn)生400m3焦?fàn)t煤氣，其中60%體積為氫氣。

③氯堿副產(chǎn)氧氣按1t燒堿產(chǎn)280m3氫氣。

④甲醇副產(chǎn)氧氣按1t醇副產(chǎn)560m3氫氣(顧維，謝全安；焦?fàn)t氣制甲醇弛放氣合成氨工藝研究，河北化工，2011年03期)。

⑤合成氨副產(chǎn)氧氣按1t合成氨產(chǎn)生18m3弛放氣，合氫60%(葉海祺，氨廠弛放氣中氫的循環(huán)利用，化肥設(shè)計(jì)，1981-06-25)。

■0.5氫能是二次能源嗎?

一直以來(lái)，我們都說(shuō)自然界沒(méi)有游離的氫氣，在地球上，氫都是以化合物：水、硫化氫等形式存在。由此，我們將氫歸于二次能源，又稱(chēng)為能源載體

不過(guò)，事情正在起變化。多個(gè)國(guó)家的科學(xué)家聲明他們?cè)诘厍蛏习l(fā)現(xiàn)了游離的自由的氫氣!法國(guó)石油與新能源研究院(IFPEN)地質(zhì)學(xué)家埃里克德維爾( Eric Deville)認(rèn)為，一切都表明，陸地之下蘊(yùn)含著大量氫—更準(zhǔn)確地說(shuō)是氫氣(氫氣)，并源源不斷地向外釋放。

天然氫氣很可能是我們能夠從地球深處開(kāi)采出來(lái)的最后一種流體能關(guān)于天然氫氣存在討論可以追溯到20世紀(jì)70年代，這些探測(cè)于1997年得到了細(xì)化。法國(guó)海洋開(kāi)發(fā)研究所( IFREMER)的海底機(jī)器人當(dāng)時(shí)在對(duì)亞速爾群島以南、水下2300m大西洋海脊上的“黑煙囪進(jìn)行勘探。我們追溯甲烷的來(lái)源，以確定這些海底熱泉的位置。這時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了富含氫氣的熱液…”曾任職于該所的讓呂克夏魯(Jean- Luc CHarlou)回憶道。數(shù)年過(guò)去，這個(gè)法國(guó)團(tuán)隊(duì)沿著大西洋海脊發(fā)現(xiàn)了7個(gè)天然氫氣逸出點(diǎn)；與此同時(shí)，美國(guó)、俄羅斯和日本科學(xué)家在別處也有發(fā)現(xiàn)。

2011年俄羅斯地質(zhì)學(xué)家弗拉基米爾拉林( ladimir Larin)和尼古拉·拉林( Nikolai larin)父子聲稱(chēng)在離莫斯科幾百公里的地方發(fā)現(xiàn)了氫氣源( Larin vn， Warren Hunt C Hydridic Earth the new geOlOgy Of Our primOrdially hydrOgen-rich planet. Alberta

POlar Publishing，1993)。后來(lái)，法國(guó)團(tuán)隊(duì)帶著儀器親自來(lái)到現(xiàn)場(chǎng)。

埃里克德維爾證實(shí)：“我們測(cè)到了氫氣，和俄羅斯人一樣。”結(jié)論令世人大跌眼鏡。

2012年春天，一個(gè)加拿大天然氣公司聲稱(chēng)，在距離馬里首都巴馬科60km處的一片含水層中，打出了一個(gè)純度高達(dá)98%的氫氣井。

當(dāng)土壤科學(xué)家硏究俄羅斯EEC的氫滲透特性時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)分子氫從這些結(jié)構(gòu)中滲漏出來(lái)，這種滲漏影響了土壤的表層，破壞了植被和微生物的生物量。

2015年，埃里克·德維爾和他的同事，在《在地球和行星科學(xué)進(jìn)展》雜志發(fā)表題為“與美國(guó)卡羅來(lái)納灣滲漏相關(guān)的自然分子氫的證據(jù)X( ZgOnnik et al. PrOgress in Earth and Planetary Science， 2015，231)。文章報(bào)道了在北卡羅來(lái)納(美國(guó))及其“卡羅來(lái)納灣”進(jìn)行的關(guān)于土壤氣體的研究。特別是在海灣周?chē)l(fā)現(xiàn)了大量的分子氫(氫氣)。這些測(cè)量結(jié)果表明，卡羅來(lái)納灣的流體流動(dòng)路徑是從深度到地表。討論了氫氣的生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)臐撛跈C(jī)制，以及流體遷移途徑的地質(zhì)控制，并提出了一個(gè)假設(shè)：卡羅來(lái)納灣是由于在氫氣向地表遷移而導(dǎo)致的巖石發(fā)生改變而導(dǎo)致的局部塌陷的結(jié)果。目前的氫氣型相比較，類(lèi)似于先前在東歐克拉頓觀察到的結(jié)構(gòu)作者展示了他們的硏究結(jié)果如表0-4所示。

表0-4土壤氣體樣品用氣相色譜(GC)測(cè)量的結(jié)果

注：除了帶*號(hào)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的數(shù)據(jù)之外，所有現(xiàn)場(chǎng)氫氣測(cè)量的數(shù)據(jù)都是用氣相色譜GA2000+檢測(cè)器獲得的。每個(gè)樣本的氣體組分總量都是100%。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和實(shí)驗(yàn)室測(cè)量之間的差異可歸因于取樣方法?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量通常是實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的兩倍，除非取樣失敗。

從表0-4中可以看出，他們研究的土壤中有大量的自然氫氣，有的地方氫氣濃度甚至高達(dá)1000μL/L。由此，埃里克德維爾估計(jì)：在史密斯灣，每天的氫氣流量是750~1000m3。在阿瑟路灣，每天的氫氣流量是1000~1370m3。對(duì)瓊斯湖灣來(lái)說(shuō)，每天的氫氣流量是1120~2740m3。在大瓊斯湖灣內(nèi)部的小結(jié)構(gòu)中，每天的H流量為21~31m3。無(wú)論數(shù)量多少，總之，那里存在自然氫氣!

不過(guò)，持不同看法的人可不少。法國(guó)原子能與可替代能委員(CEA)能源新技術(shù)負(fù)責(zé)人保羅·盧謝斯( Paul lucchesse)就認(rèn)為目前還無(wú)法對(duì)天然氫能源抱以過(guò)高期待，不管是儲(chǔ)存量，還是提取技術(shù)和使用方法，我們掌握的信息都太少了。

筆者的態(tài)度是：當(dāng)今世界科技進(jìn)步非?？?，連以前不承認(rèn)的“暗物質(zhì)”都已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了，在地球上發(fā)現(xiàn)自然氫氣也不是什么值得大驚小怪的事情，只是希望看到更多的數(shù)據(jù)，最好是發(fā)現(xiàn)有商業(yè)開(kāi)采價(jià)值的自然氫氣源，那時(shí)人類(lèi)會(huì)早日進(jìn)入氫能社會(huì)。