日本與氫能源：氫從哪里來？

說到氫燃料電池，沒有什么比日本更持久的了。12月15日，豐田將在中國推出全新的氫燃料電池汽車Mirai，本田FCV生產車型也將于明年3月下旬在日本上市。豐田可以在沒有日本國力支持的情況下堅持研發20年。歸根結底，這是日本政府希望真正掌握一種不受他人控制的能源技術。讓我們來看看氫是如何產生的。

如果不是海嘯造成的核泄漏，日本可能不會放棄純電動汽車的計劃。日本所有核電站的關閉，讓所有車企都意識到，原本晚上用剩余電力充電的夢想無法實現。面對化石燃料價格的上漲和日本能源漏洞的增加，日本開始尋找真正的替代能源。這種能源可能暫時不干凈，成本高昂，但必須充滿希望并真正掌握。

并不是日本沒有考慮天然氣，也不是甲烷燃料電池有太多缺點。日本放棄天然氣的主要原因之一是這種能源的大部分標準不在日本手中。這意味著，如果未來使用天然氣能源，它仍將在海外支付大量專利費。氫的情況并非如此。目前，日本在氫能方面的專利遙遙領先。國內氫能規模可能不是世界上最大的，但利用率最高。

作為一項長期計劃，氫氣因其巨大的儲量而備受青睞，但關鍵是自然界中元素氫的存在相當罕見，氫氣生產已成為使用氫能的一大問題。制氫技術需要考慮環境、經濟、實用等方面的因素。因此，目前制氫多采用電解鹵水、冶煉等高碳排放技術，未來將逐步推廣到可再生能源電解水、生物制氫、太陽能等低碳技術。

副產物氫氣

氫氣作為副產品存在于許多行業，主要集中在制堿和冶煉等高溫工業領域。由于氫氣不是最終的生產目標，副產氫氣在規模、成本和質量上都存在一定差距。

例如，在電解鹽水的工業應用中，盡管氫氣的純度高，但產量小，成本高。盡管煉鐵、煉鐵等高溫行業也會產生大量氫氣，但這種氫氣的純度并不高，大多數工廠生產的氫氣一般都是自給自足的，不會對外銷售。冶煉廠只有在產量滿足自身需求后才會出售氫氣，但產量不大，供應關系不穩定。

盡管堿工業對氫氣的需求量很小，而且大部分都會在外面銷售，但堿廠需要鹽、水和電。其中，電力仍然需要自己生產，最后通過堿廠生產氯氣、氫氣和燒堿（主要是氫氧化鈉）。氫氣經過壓縮精制后，根據需要制成液化氫氣或壓縮氫氣供民用。

化石燃料反應

目前，絕大多數氫氣來自天然氣和石油燃料之間的反應。目前的主流是依靠天然氣和水的反應，甲烷和水在高溫下產生一氧化碳和氫氣。在傳統理論中，這部分一氧化碳和氫氣通常用于減少金屬脫硫和其他應用。不僅天然氣，工業上也經常使用無煙煤或焦炭作為原料，在高溫下與蒸汽反應產生水煤氣（一氧化碳和氫氣的混合物），然后與蒸汽反應生成氫氣。通常，這種方法生產氫氣的成本較低，產量較高，設備較多。

這種方法制氫需要800℃以上的高溫，化學式中甲烷與水的比例為一比一，但在實際應用中，這個比例通常達到一比三，過多的水會浪費大部分熱量。在產生二氧化碳和氫氣后，……

可以將氦氣壓入水中以溶解二氧化碳，最終可以獲得更高純度的氫氣。

鹽水電解

電解水制氫主要分為電解鹽水和電解純水兩種方式。目前，電解純水的成本高于電解鹽水的成本。這是因為鹽水富含大量的正負離子，在傳導電流方面具有無與倫比的優勢。電解鹽水的副產品是燒堿、氯氣、氫氣和氧氣，而電解純水的產品只有氧氣和氫氣。

兩種方法生產的氫氣純度相近，均能達到99.99%。但鹽水電解規模更大，更容易形成工業化，電解水在速度和能耗方面仍不如電解鹽水。

盡管電解水的成本很難控制，但它是未來最值得注意的技術。一方面，氫氣可以起到儲存電能的作用，可以將風能、太陽能和可再生能源轉化為電能，然后以氫氣的形式儲存電能。如果夜間剩余電能過多，也可以與氫氣一起儲存，最終達到供電調峰填谷的目的。

氫儲存電能的成本低于電池，而電池儲存電能只是短期有效的，能量損失更多，能量密度更低，成本更高，因此電解水將成為未來一種新的儲能方式。

該技術已應用于家用熱電聯產系統，即氫氣和氧氣之間的放熱反應不僅可以供熱，還可以供電。目前，日本有兩種類型的小家電：固體聚合物燃料電池PEFC和固體氧化物燃料電池SOFC。松下和東京燃氣、東芝和京瓷都已開始投資該項目。目前，主要工作集中在降低PEFC和SOFC的成本上。

電解水技術的未來與可再生能源有關。如果能夠找到有效的催化劑和更好的反應方法，可再生能源制氫的前景將非常樂觀。

生物制氫

目前，生物制氫仍處于初級階段，還不成熟，主要依靠作物和木材等碳水化合物材料。中國在生物制氫方面也取得了很大進展，但重點主要是產氫酶。

目前，大多數研究集中在純細菌和細胞固定化技術上，如產氫菌株的篩選和包埋劑的選擇。在上述生物制氫方法中，發酵菌產氫率最高，對條件要求最低，具有直接的應用前景；

光合細菌比藻類產氫更快，比發酵細菌具有更高的能量利用率，并且可以將制氫與光能利用和有機物去除有機耦合，因此相關研究也是最多的，也是一種具有潛在應用前景的方法。非光合生物可以降解大分子物質產生氫氣，光合細菌可以利用多種低分子量有機物質通過光合作用產生氫氣，而藍藻和綠藻可以光解水生氫氣。共產主義氫技術根據生態規律將它們有機地結合在一起，吸引了人們的研究興趣。

混合培養技術和新型生物技術的應用將使生物制氫技術具有更大的發展潛力。

太陽能/電力

太陽能制氫主要依靠光，光的應用主要在光、熱和電方面。在絕大多數涉及光的制氫路線中，都涉及水，或者它遵循水的電解和分解過程。

太陽熱分解水可以直接分解水，但需要一個相對較大的集光裝置，通過水在3000K（熱力學溫度，約2727℃）下的不穩定性將水分解為氫氣和氧氣。分解效率高，但是光收集裝置昂貴。當然，現在可以在水中加入催化劑，使水在大約1000K（大約727℃）下分解。

你也可以先用太陽能發電，然后電解水來生產氫氣。這種方法有一種變體，即首先進行光化學反應、熱化學反應和電化學反應，在較低的溫度下獲得氫氣和氧氣。這種方法為太陽能大規模制氫提供了基礎，關鍵是找到一種光解效率高、性能穩定、價格低廉的光敏催化劑。

此外，有光電化學反應產生氫氣，主要基于特殊的化學細胞，也有模擬植物分解水產生氫氣。這項技術仍處于初級階段。最后一種是光合微生物的制氫，它利用河流、湖泊和海洋中的一些藻類來產生氫氣。

除了利用太陽能和核能生產氫氣外，生物質制氫也在大力研究中。目前采用的方法是，生物質和有機廢物中的碳材料在250℃下與溴和水反應，形成氫溴酸和二氧化碳溶液，然后將氫溴酸溶液電解成氫和溴，溴被回收。

摘要：

當然，除了上述方法之外，還有其他生產氫氣的方法，例如從氨中生產氫氣。可以說，在整個制氫技術中，離低碳制氫方法越遠，就越受青睞。但在前期推廣氫能的過程中，會大量使用和依賴化石燃料來生產氫氣。說到氫燃料電池，沒有什么比日本更持久的了。12月15日，豐田將在中國推出全新的氫燃料電池汽車Mirai，本田FCV生產車型也將于明年3月下旬在日本上市。豐田可以在沒有日本國力支持的情況下堅持研發20年。歸根結底，這是日本政府希望真正掌握一種不受他人控制的能源技術。讓我們來看看氫是如何產生的。

如果不是海嘯造成的核泄漏，日本可能不會放棄純電動汽車的計劃。日本所有核電站的關閉，讓所有車企都意識到，原本晚上用剩余電力充電的夢想無法實現。面對化石燃料價格的上漲和日本能源漏洞的增加，日本開始尋找真正的替代能源。這種能源可能暫時不干凈，成本高昂，但必須充滿希望并真正掌握。

并不是日本沒有考慮天然氣，也不是甲烷燃料電池有太多缺點。日本放棄天然氣的主要原因之一是大多數標準……

這種能源不在日本手中。這意味著，如果未來使用天然氣能源，它仍將在海外支付大量專利費。氫的情況并非如此。目前，日本在氫能方面的專利遙遙領先。國內氫能規模可能不是世界上最大的，但利用率最高。

作為一項長期計劃，氫氣因其巨大的儲量而備受青睞，但關鍵是自然界中元素氫的存在相當罕見，氫氣生產已成為使用氫能的一大問題。制氫技術需要考慮環境、經濟、實用等方面的因素。因此，目前制氫多采用電解鹵水、冶煉等高碳排放技術，未來將逐步推廣到可再生能源電解水、生物制氫、太陽能等低碳技術。

副產物氫氣

氫氣作為副產品存在于許多行業，主要集中在制堿和冶煉等高溫工業領域。由于氫氣不是最終的生產目標，副產氫氣在規模、成本和質量上都存在一定差距。

例如，在電解鹽水的工業應用中，盡管氫氣的純度高，但產量小，成本高。盡管煉鐵、煉鐵等高溫行業也會產生大量氫氣，但這種氫氣的純度并不高，大多數工廠生產的氫氣一般都是自給自足的，不會對外銷售。冶煉廠只有在產量滿足自身需求后才會出售氫氣，但產量不大，供應關系不穩定。

盡管堿工業對氫氣的需求量很小，而且大部分都會在外面銷售，但堿廠需要鹽、水和電。其中，電力仍然需要自己生產，最后通過堿廠生產氯氣、氫氣和燒堿（主要是氫氧化鈉）。氫氣經過壓縮精制后，根據需要制成液化氫氣或壓縮氫氣供民用。

化石燃料反應

目前，絕大多數氫氣來自天然氣和石油燃料之間的反應。目前的主流是依靠天然氣和水的反應，甲烷和水在高溫下產生一氧化碳和氫氣。在傳統理論中，這部分一氧化碳和氫氣通常用于減少金屬脫硫和其他應用。不僅天然氣，工業上也經常使用無煙煤或焦炭作為原料，在高溫下與蒸汽反應產生水煤氣（一氧化碳和氫氣的混合物），然后與蒸汽反應生成氫氣。通常，這種方法生產氫氣的成本較低，產量較高，設備較多。

這種方法制氫需要800℃以上的高溫，化學式中甲烷與水的比例為一比一，但在實際應用中，這個比例通常達到一比三，過多的水會浪費大部分熱量。在產生二氧化碳和氫氣后，可以將氣體壓入水中溶解二氧化碳，最終可以獲得純度更高的氫氣。

鹽水電解

電解水制氫主要分為電解鹽水和電解純水兩種方式。目前，電解純水的成本高于電解鹽水的成本。這是因為鹽水富含大量的正負離子，在傳導電流方面具有無與倫比的優勢。電解鹽水的副產品是燒堿、氯氣、氫氣和氧氣，而電解純水的產品只有氧氣和氫氣。

兩種方法生產的氫氣純度相近，均能達到99.99%。但鹽水電解規模更大，更容易形成工業化，電解水在速度和能耗方面仍不如電解鹽水。

盡管電解水的成本很難控制，但它是未來最值得注意的技術。一方面，氫氣可以起到儲存電能的作用，可以將風能、太陽能和可再生能源轉化為電能，然后以氫氣的形式儲存電能。如果晚上有太多多余的電能，也可以與氫氣一起儲存，從而最終達到目的……

f電源調峰填谷。

氫儲存電能的成本低于電池，而電池儲存電能只是短期有效的，能量損失更多，能量密度更低，成本更高，因此電解水將成為未來一種新的儲能方式。

該技術已應用于家用熱電聯產系統，即氫氣和氧氣之間的放熱反應不僅可以供熱，還可以供電。目前，日本有兩種類型的小家電：固體聚合物燃料電池PEFC和固體氧化物燃料電池SOFC。松下和東京燃氣、東芝和京瓷都已開始投資該項目。目前，主要工作集中在降低PEFC和SOFC的成本上。

電解水技術的未來與可再生能源有關。如果能夠找到有效的催化劑和更好的反應方法，可再生能源制氫的前景將非常樂觀。

生物制氫

目前，生物制氫仍處于初級階段，還不成熟，主要依靠作物和木材等碳水化合物材料。中國在生物制氫方面也取得了很大進展，但重點主要是產氫酶。

目前，大多數研究集中在純細菌和細胞固定化技術上，如產氫菌株的篩選和包埋劑的選擇。在上述生物制氫方法中，發酵菌產氫率最高，對條件要求最低，具有直接的應用前景；

光合細菌比藻類產氫更快，比發酵細菌具有更高的能量利用率，并且可以將制氫與光能利用和有機物去除有機耦合，因此相關研究也是最多的，也是一種具有潛在應用前景的方法。非光合生物可以降解大分子物質產生氫氣，光合細菌可以利用多種低分子量有機物質通過光合作用產生氫氣，而藍藻和綠藻可以光解水生氫氣。共產主義氫技術根據生態規律將它們有機地結合在一起，吸引了人們的研究興趣。

混合培養技術和新型生物技術的應用將使生物制氫技術具有更大的發展潛力。

太陽能/電力

太陽能制氫主要依靠光，光的應用主要在光、熱和電方面。在絕大多數涉及光的制氫路線中，都涉及水，或者它遵循水的電解和分解過程。

太陽熱分解水可以直接分解水，但需要一個相對較大的集光裝置，通過水在3000K（熱力學溫度，約2727℃）下的不穩定性將水分解為氫氣和氧氣。分解效率高，但是光收集裝置昂貴。當然，現在可以在水中加入催化劑，使水在大約1000K（大約727℃）下分解。

你也可以先用太陽能發電，然后電解水來生產氫氣。這種方法有一種變體，即首先進行光化學反應、熱化學反應和電化學反應，在較低的溫度下獲得氫氣和氧氣。這種方法為太陽能大規模制氫提供了基礎，關鍵是找到一種光解效率高、性能穩定、價格低廉的光敏催化劑。

此外，有光電化學反應產生氫氣，主要基于特殊的化學細胞，也有模擬植物分解水產生氫氣。這項技術仍處于初級階段。最后一種是光合微生物的制氫，它利用河流、湖泊和海洋中的一些藻類來產生氫氣。

除了利用太陽能和核能生產氫氣外，生物質制氫也在大力研究中。目前采用的方法是，生物質和有機廢物中的碳材料在250℃下與溴和水反應，形成氫溴酸和二氧化碳溶液，然后將氫溴酸溶液電解成氫和溴，溴被回收。

摘要：

當然，除了上述方法之外，還有其他生產氫氣的方法，例如從氨中生產氫氣。可以說，在整個制氫技術中，離低碳制氫方法越遠，就越受青睞。但在前期推廣氫能的過程中，會大量使用和依賴化石燃料來生產氫氣。

標簽：豐田本田

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