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氢气是怎样制造出来的？

由于氢能源汽车与燃料电池车均使用了氢作为能源，显然制造大量的氢气就成为不可或缺的前提条件。但是，目前化学工业中，几乎都是采用从化石燃料中提取出氢气的生产工艺。于是在生产氢气的过程中，不可避免地会同时产生二氧化碳、甲烷等温室气体。

解决上述问题的一种对策是把排出的二氧化碳进行回收，储存在地下矿井等处，伺机采用人工方法对这些二氧化碳进行吸收，就像在自然界中的植物那样。

藤本首席研究员指出，四处奔跑的机动车排放的二氧化碳很难收集控制，而在大规模工业生产过程中，产生的高浓度二氧化碳，回收应当比较容易，回收效率也比较高。

是否存在一种能制造氢气，并且根本就不会排出二氧化碳的方法呢？当然会有。就是利用从自然能源得到的电能把水进行电解得到氢气的方法。山根副教授指出，有希望作为候补氢气清洁制造方法之一的是利用水力发电得到的电能，电解水后制造出氢气。因为水力发电，就是在江河上面修建水坝，拦截水流，使水从高处乘势落下，利用势能推动水轮机旋转发电。源源不断的江河水能，是自然界中有极大使用价值的清洁能源。使用水制造氢气后，再变回水，是一个十分完美的清洁循环系统。

特别是在北欧或加拿大等地，都存在着大量可以利用的水利资源。按照本田与鹿儿岛大学的研究，以鹿儿岛县的屋久岛为例，只要利用那里水力发电量的百分之几，即很少的一小部分，就可以满足一个城市内约一万辆机动车所需要的氢气燃料。

图1. 制造氢气的几种方法

现在，主流的氢气制造方法是所谓“水蒸气改质”法，即通过天然气的主要成分—甲烷与水蒸气进行反应获得氢气。此外，也可以采用“煤气合成”法，即通过把煤炭气化与水反应，变成合成气获得氢气的方法，而煤炭资源的数量比天然气更多。把煤粉与数百摄氏度的水和氧气混合后，就会得到氢气和一氧化碳。而一氧化碳与水进一步反应，就产生出氢气和二氧化碳。可是，由于煤炭中含有碳元素，燃烧反应后会排放出二氧化碳。因此，把不含碳成分的水，利用通过水力发电或者太阳能发电所得到的电能，进行分解获得氢气，即采用电解水的方法，是最清洁环保的氢气制造方法。

利用太阳能和水制造氢气

另外一种可供选择的制造氢气的方法是利用太阳能。可以说太阳具有无限的能量。据估计，与投射到地球表面的太阳光所提供的能量相比，人类消费的全部能量还不到它的0.01%。

本田公司正在进行“利用太阳能发电，再将水电解，制造氢气的试生产”，所获得的氢气储藏在高压容器中。目前氢燃料的日产量，大约可以支持一辆汽车一天的行驶路程。藤本首席研究员指出，虽然目前氢气燃料的产量似乎很少，但至少也够一辆车跑上几百公里了。

为了利用太阳能大规模生产氢气，需要有大面积的太阳能光伏组件排列在一起，采集太阳光。据统计，全世界在2050年所需要的能量，如果全部由太阳能发电制造的氢气提供，所需要的太阳能光伏组件的总面积约有非洲撒哈拉沙漠那样大。这种测算的前提是采用目前能量转换率的平均值，太阳能发电的能量转换率为10%。而太阳能发电的实际效率最高也就是20%。除了如此面积巨大的太阳能光伏组件以外，还需要建设大量配套的电力输送设备，也需要不少费用。

于是有科学家另辟蹊径，使用“光触媒”制作的薄膜，利用太阳光直接分解水获得氢气。他们采用的光触媒是由金属原子与氧元素、氮元素等成分构成的化合物。一般情况下呈现为粉末状态，可以简单地加工印刷成为化合物薄膜，适于大面积、低成本的生产和铺设。

起初，“光触媒”制作的薄膜只能利用太阳光中的紫外线，即波长在400纳米以下的紫外线进行发电。在太阳光各种波长的光线所包含的能量中，紫外光的能量只占到极小的一部分。而现在，也能够利用波长在400〜800纳米的可见光了。

最近，科学家还进一步在开发能够分解水的光触媒物质。目前存在的问题是，这些能够分解水的光触媒物质的能量转换率过低，均不到1%，远远不及太阳能光伏组件的效率高。但理论上，这些用于分解水的光触媒物质的能量转换率，最大也可以达到45%左右，与太阳能发电元件相比，一点也不差。

总之，利用阳光、水、氢气３种物质，通过最为环保的生态循环获得最清洁的能量，在氢气能源的开发方面，人类毕竟已经迈出了重要的第一步。

（本文发表于《科学世界》2011年第7期）