大胆的预言——未来可能变成氢能的世界

随着全球石油产量的持续下降，人们开始担心能源危机。那么人类能否开发出新能源呢？有人曾作過大胆的预言——未来可能变成氢能的世界。

丰富的氢能

车、船、飞机以及各种设备都将以氢为燃料，这不是毫无根据的幻想，而是有一定科学道理的。

氢是最轻的气体，在标准大气压0℃时，密度为0.0899克/升，到了-252.7℃时，会变成液体，叫液氢。当压力增大到数百万个大气压的时候，液氢就可变为金属氢了。这是因为随着温度和压力的变化，物质的结构也会变化。

氢燃烧时能放出大量的热量，每千克氢可放出热量34000千卡，是汽油的3倍。地球上氢资源极其丰富，虽然游离状态的氢很少，含氢的化合物却多得惊人。以水为例，氢占水的重量比例为11%。汪洋大海占地球面积的71%，仅海洋的水就有l.37×1018吨，南极洲覆盖着平均约1700米厚的冰层，这无疑也是极其丰富的“氢矿”。如果把海水中的氢都提取出来，它所产生的总热量比世界上所有矿物燃料的热量还大9000倍！这个数字说明氢能是能源重要的后备军之一。

氢的提取、贮藏和运输

那么，作为能源使用时，氢需要解决什么问题呢？一个是要有耗能低、成本低的提取氢的方法，因为氢属二次能源，提取时也要消耗能量。例如，利用太阳能从水中提取氢就是努力的方向。另一个是要解决氢的贮藏和运输问题。目前氢的贮藏和运输有两种办法：一种是高压容器和管道运输；另一种是把氢变为液氢之后再贮藏、运输。前一种办法需要用高达100～200个大气压的笨重的高压容器，而且运输也不安全，一旦泄漏就会有爆炸的危险。液氢贮藏和运输效率虽比较高，但把氢压缩为液氢要消耗大量的能源，还要用较贵的低温容器。所以要安全高效地贮藏和运输，是氢能实用化的一个重要课题。

有些材料在一定温度与压力下能吸收氢气形成氢化物，而当压力降到一定值后，氢化物又会分解放出氢气。凡具有这种吸脱特征的材料均称为贮氢材料。在一定温度和压力下，氢会由分子态分解为原子，此时它能按一定比例进入晶体而形成金属间化合物。伴随氢化物的形成，氢气被大量吸收到金属中。当压力降低到某一数值时，氢化物开始分解，氢原子从晶体中脱出又变回氢分子，这就是氢的吸收和脱出过程。这种贮氢材料在形成氢化物时呈粉末状，而不是块状。

贮氢材料的应用

贮氢材料是正在研究和发展的一种新材料，它向人们展现出广阔的发展前景，得到了各方面的重视。

目前已实际应用的贮氢容器是贮氢瓶。一般每个高压瓶重约60～70千克，压力为150～200个大气压，而7立方米的新材料贮氢瓶，重量约为原有钢瓶的1/15，充气后重量比原来约轻2/3，因此已实现小型化、安全化。

贮氢材料还能起到净化氢气作用。在装有贮氢材料的容器中，当不纯净的氢气进入时，贮氢材料粉末就与氧等其它气体起化学反应，生成某种稳定的化合物。当氢化物分解时只有纯氢放出，因而得到了净化。另一方面，当氢被吸收时剩下不纯的气体可以用泵抽走。

氢作为汽车和飞机等的燃料优势明显，它燃烧后排出的是水汽，不会污染环境。据报道，英国正在研制以液氢为燃料的超音速飞机。

贮氢材料在尖端科学技术中也有用武之地。卫星上的电源是太阳能电池。卫星运行到背太阳面时，可用氢镍蓄电池供电，运行到迎着太阳面时，太阳能电池在向卫星供电的同时，也向氢镍电池充电。氢镍电池就是贮氢材料。当电池充电、放电时，伴有氢气的吸、放反应，这样就使太阳能电池与氢镍电池互相补充，联合供能。

在原子反应堆中要使用重水，而重水是氘和氧的化合物，氘是氢的同位素。要使用重水，常常要把氘和氢分开，贮氢材料正好能够完成这一分离任务。原理是，贮氢材料对氘和氢的吸脱平衡分解压不同，例如贮氢材料钒粉在10个大气压时，氢和氘被吸入钒中形成氧化物，当压力降到2个大气压时便放出氢，氘和氢分开。

电能和热能的贮存是个重要问题。过去要想把电和热贮存起来，到了使用时再把它取出，在技术上很难实现。现在，有了贮氢材料就好办多了。

以贮电为例，当发电厂输出的电力处于使用负荷低潮时，美国提出了一个实验方案，即把电网的交流电通过大型整流机组变成直流电，再用电解水的装置把水分解成氢和氧后并分别储存。这样，电能不就以氢和氧的形式贮存起来了吗？在电网负荷处于高潮时，再把贮存的氢和氧放进燃料电池反应室，电池便会发出直流电，经变电装置转换成交流电后，回输并入电网。

此外，贮氢材料使得热能的贮存更方便了。贮氢材料在生成氢化物时需要吸收大量的热并贮存起来；而在氢化物脱解时又把热释放出去。

如今，有人设计出了能够利用贮氢材料的太阳能冷暖气机，利用氢能的房屋也已经建成。氢能的利用已展现出了诱人的前景。