警告：氢经济可能比看上去更遥远

在 2004 年的总统竞选中，布什和克里设法找到了一个共同点：两人都对燃料电池驱动的未来充满热情。氢能将使我们摆脱对化石燃料的依赖，并将大幅减少空气污染物的排放，包括二氧化碳，而二氧化碳是全球变暖的主要原因。整个全球能源市场将发展成为一个基于清洁、充足能源的“氢能经济”。汽车制造商和环保主义者都乐于搭便车，指出氢能是美国能源政策的下一个重大事件。然而事实是，我们距离商业上可行的氢能汽车并不比我们距离冷聚变或癌症治疗更近。这并不让工程师、燃料电池制造商和政策制定者感到惊讶，他们一直都知道这项技术被大肆宣传，也许会对其造成损害，而且公众被误导了，正如fuelcell-info.com编辑霍华德·科夫曼所说的“氢能经济的无可否认的现实”。这些专家坚信氢经济终有一天会到来。但他们表示，首先我们必须克服艰巨的技术、资金和政治障碍。以下是我们的误解和疑虑清单
关于氢和高贵的燃料电池。

1. 氢气是一种储量丰富的燃料
确实，氢是宇宙中最常见的元素；它储量丰富，太阳每秒消耗 6 亿吨氢。但与石油不同，地球上并不存在大量的氢储量。相反，氢原子与其他元素结合在一起形成分子，我们必须耗费能量来提取氢，以便将其用于燃料电池。我们从氢中获得的能量永远不会超过我们投入的能量。

“氢是一种货币，而不是一种主要能源，”现代燃料电池之父、世界领先的燃料电池开发商 Ballard Power Systems 联合创始人 Geoffrey Ballard 解释道。“它是一种将能源从生产地输送到需要地的方式。”

2. 氢燃料电池将终结全球变暖
与内燃机不同，氢燃料电池不会排放二氧化碳。但从当今的主要来源天然气中提取氢气会排放二氧化碳。通过电解从水中获取氢气需要大量能源。如果这种能源来自燃烧化石燃料的发电厂，最终产品可能是清洁的氢气，但获取氢气的过程仍然很肮脏。

一旦提取出氢气，就必须对其进行压缩和运输，大概是通过机械和车辆进行的，而在氢经济的早期阶段，这些机械和车辆将使用化石燃料。结果：二氧化碳排放量甚至更多。事实上，使用从天然气或水中提取的氢气驾驶燃料电池汽车会导致大气中二氧化碳的净增加。“人们说氢汽车不会造成污染，”卡尔加里大学工程学教授戴维·基思 (David Keith) 表示。“灯泡不会造成污染，但发电厂却不会。”

短期内，核能可能是生产氢气的最简单方法，无需向大气排放更多二氧化碳。核电站产生的电力会将水分解成氢气和氧气。巴拉德支持这一想法，称核能“极其重要，除非我们看到其他我们从未想象过的重大突破。”

批评者反驳说，核能会产生长期的废物问题，而且缺乏经济竞争力。去年，麻省理工学院和哈佛大学的 10 位教授撰写了一篇详尽的行业分析报告，题为《核能的未来》，报告得出结论：“电解水制氢依赖于低成本的核能。”只要核能发电的成本高于其他能源的发电成本，那么用核能来制氢就不划算。

3. 氢经济可利用可再生能源
利用太阳能或风能等可再生能源进行电解，可以消除化石燃料和核能带来的污染问题。问题是，可再生能源只能提供成熟氢经济所需能源的一小部分。

从 1998 年到 2003 年，美国风力发电量增长了 28%，达到 6,374 兆瓦，足够为大约 160 万户家庭供电。风力发电行业预计到 2020 年将满足该国 6% 的电力需求。但英国华威大学经济学家安德鲁·奥斯瓦尔德 (Andrew Oswald) 计算，要将美国每辆汽车都转换为氢动力，需要 100 万台风力涡轮机的发电量，足以覆盖加州的一半。太阳能电池板同样需要大片土地。

水是制约氢气生产的另一个因素，尤其是在最适合太阳能发电的阳光充足的地区。根据华盛顿特区非营利组织世界资源研究所的一项研究，用电解法为氢经济提供动力每年需要 4.2 万亿加仑的水，大约相当于每三个月流过尼亚加拉瀑布的水量。总体而言，美国的用水量将增加约 10%。

4. 无需担心氢气泄漏
氢气无色无味，燃烧时几乎看不见。漏油泵处的小火可能无人发现，直到你的裤腿着火。而且不需要太多东西就能点燃压缩氢气。“一部手机或一场雷暴产生的静电足以点燃氢气，”约瑟夫·罗姆 (Joseph Romm) 声称，他是《关于氢气的炒作：拯救气候竞赛中的事实与虚构》一书的作者，也是弗吉尼亚州阿灵顿能源与气候解决方案中心的创始人。

轻微碰撞不太可能引发爆炸，因为碳纤维增强氢气罐几乎坚不可摧。但这并不能消除泄漏的危险
最终，这些地方将成为一个庞大的炼油厂、管道和加油站网络。田纳西大学核工程名誉教授、佛罗里达电力与照明公司前副总裁罗伯特·乌里格说：“显而易见的缺陷是，氢气是气体，而我们现有的大多数石化来源都是液体。支持高压气体或低温液态氢所需的基础设施要复杂得多。氢气是人们很难限制的物质之一。它往往会穿过最细小的孔洞。”

为了计算泄漏的基础设施可能对大气造成的影响，来自加州理工学院和加利福尼亚州帕萨迪纳市喷气推进实验室的一组研究人员研究了意外工业氢气和天然气泄漏的统计数据（估计占总量的 10% 到 20%），然后预测了泄漏的程度。
泄漏可能发生在一切都
以氢气为动力。结果：大气中的氢气含量将是现在的四到八倍。

美国能源部能源效率和可再生能源办公室助理部长戴维·加曼表示，加州理工学院的研究“严重夸大了”氢气泄漏。
能量。但无论氢气的量有多少，它进入大气后都会与氧气结合形成水蒸气，形成夜光云——黎明和黄昏时分看到的高而细的云。云量增加可能会加速全球变暖。

5. 汽车是氢燃料电池的自然首选应用
大卫·基思说：“从经济角度来看，解决气候问题不会从汽车开始。”汽车和轻型卡车约占美国二氧化碳排放量的 20%，而燃烧化石燃料的发电厂则占二氧化碳排放量的 40% 以上。为汽车设计的燃料电池必须应对恶劣的条件以及尺寸和重量的严格限制。

解决全球变暖问题的更好办法可能是暂缓生产氢动力汽车，而是利用燃料电池为家庭和企业发电。Plug Power、UTC、FuelCell Energy 和 Ballard Power Systems 已开始销售固定式燃料电池发电机。仅 Plug Power 一家就在美国拥有 161 个系统，其中包括首家燃料电池驱动的麦当劳。然而，这四家公司的总峰值发电能力约为 69 兆瓦，不到美国总发电能力 944,000 兆瓦的 0.01%。

6. 美国致力于氢能发展，投入数十亿美元研发资金
想想看：乔治·W·布什总统承诺在氢能上投入 12 亿美元。但他却拨款 15 亿美元来促进“健康婚姻”。伊拉克战争的月支出为 39 亿美元，截至去年 9 月，总额为 1210 亿美元。2004 年，能源部在核能和化石燃料研究上的支出超过了氢能。

联邦政府的 FreedomCAR 计划联合美国三大汽车制造商资助氢能研发，要求这些公司在 2008 年前展示一款氢动力汽车，但不要求销售。

“如果你真的想发展氢能，就必须投入更多资金，”芝加哥附近阿贡国家实验室能源、环境和经济系统分析中心副主任 Guenter Conzelmann 表示。Conzelmann 开发计算机模型，帮助能源行业预测实施新技术的成本。他估计建设氢能经济的成本将超过 5000 亿美元，而且前提是 60% 的美国人继续驾驶内燃机汽车。

如果市场上只有少数氢动力汽车，壳牌、埃克森美孚和其他石油公司就不愿意投资生产、配送、加油设施和储存。
汽车制造商也不会为此买单，也不会大量生产
如果司机没有地方给氢燃料汽车加油，那么将有数千辆氢燃料汽车停产。能源部部长彼得·德夫林
制氢研究小组的一位高级研究员表示：“我们的行业合作伙伴告诉我们，除非美国四分之一到三分之一的加油站提供氢气，否则他们不会愿意冒险使用燃料电池。”

为了建立加氢站，开悍马的加州州长阿诺德·施瓦辛格支持氢能高速公路项目。他的计划是到本世纪末在该州的主要高速公路沿线建立 150 到 200 个加氢站，每个加氢站至少耗资 50 万美元。所以这只是一个州。那么其他 100,775 个加氢站怎么办呢？
美国其他地方的加油站？改造只是
其中25%配备氢燃料系统的汽车成本将超过130亿美元。

7. 如果冰岛能做到，我们也能
冰岛第一座加氢站已在雷克雅未克郊区投入运营。氢气由电解自来水现场生产，为一小批燃料电池公交车提供动力。与此同时，新成立的冰岛新能源公司（一个由汽车制造商、荷兰皇家壳牌和冰岛电力公司挪威水电组成的财团）正计划将冰岛其他地区改用氢气系统。

确实令人印象深刻。但冰岛 72% 的电力来自地热和水力发电。冰岛拥有如此多随时可用的清洁能源，可以直接利用国家电网的电力电解水。这种装置在美国是不可能的，因为美国只有约 15% 的电网电力来自地热和水力发电，而 71% 的电力来自燃烧化石燃料。

另一个问题是该系统的规模。冰岛人只需 16 个加氢站就能在全国任何地方驾驶燃料电池汽车。美国的面积接近冰岛的 90 倍，因此至少需要 1,440 个加氢站。这假设这些加氢站的布局合理，可以覆盖整个美国，不会出现重叠，而且每个人都知道加氢站的位置。

8. 大规模生产将使氢燃料汽车价格更加实惠
单纯地大规模生产燃料电池汽车并不一定能降低成本。美国能源部燃料电池研究小组前负责人帕特里克·戴维斯表示：“如果将当今的燃料电池技术投入到大批量生产中（每年约 50 万辆），成本仍将高达六倍。”

通用汽车公司燃料电池项目运营经理拉吉·乔杜里 (Raj Choudhury) 声称，通用汽车公司将在 2010 年之前推出一款商用燃料电池汽车。其他人对此表示怀疑。巴拉德说，首先需要对质子交换膜 (PEM) 燃料电池进行“根本性的工程反思”，这种燃料电池是为汽车开发的，目前仍无法与内燃机的行业标准相媲美——使用寿命为 15 年，或约 170,000 英里。由于膜的老化，当今的 PEM 燃料电池通常在运行的前 2,000 小时内就会失效。

巴拉德坚称，他最初的 PEM 设计仅仅是一个原型。“十年前，我就说过，认为我们为在汽车中展示燃料电池而选择的架构和几何形状将是商用汽车的最佳架构和几何形状，是工程界最狂妄的想法，”他评论道。
“很少有人关注这个说法。事实是，目前的几何形状并没有将价格降低到商业化的水平。它甚至没有进入允许规模经济压低价格的范围。”

短期内，传统的汽油汽车将被油电混合动力汽车或燃烧清洁柴油、天然气、甲醇或乙醇的汽车所取代。只有在以后，氢燃料汽车才会在经济和环境方面有意义。加州大学戴维斯分校环境科学与政策副教授、世界领先的氢能源研究人员之一琼·奥格登指出：“大多数分析师认为，假设氢技术实现其目标，氢能源将需要几十年才能产生巨大影响。”

9. 燃料电池汽车仅需一罐氢气就能行驶数百英里
一加仑汽油所含的能量约为一加仑氢气的 2,600 倍。如果工程师希望氢动力汽车在加油之间至少行驶 300 英里（这是汽车行业的基准），他们就必须将氢气压缩到极高的压力：高达每平方英寸 10,000 磅。

即使达到这样的压力，汽车也需要巨大的燃料箱。“高压氢气的体积是汽油的四倍，”能源部氢能、燃料电池和基础设施技术办公室首席工程师乔安·米利肯说。

液态氢的效果要好一些。通用汽车的液态燃料 HydroGen3 行驶 250 英里，油箱容量大约是标准轿车的两倍。但汽车必须每天行驶，以保持液态氢冷却到“253 摄氏度——仅比绝对零度高 20 度，远低于冥王星的表面温度——否则它会蒸发。“如果你的车在机场停了一周，回来时油箱就会空了，”米利肯说。

? 如果不是氢，那是什么？
美国国家研究委员会于去年二月发表了一份由政府资助的大型研究报告《氢能经济：机遇、成本、障碍和研发需求》 ，报告认为，氢能经济近期的前景黯淡。埃克森美孚、福特、杜邦、自然资源保护委员会和其他利益相关方的代表参与了这份报告的撰写，报告敦促立法者制定更严格的尾气排放标准，并为可再生能源和替代燃料拨出更多研发资金。报告预见了“实现氢能经济愿景的道路上的主要障碍”，并建议能源部“保持研发工作的平衡，继续探索不依赖氢能的供需替代方案。”

当然，研究指出氢能的不足之处时，总会有大批支持者拿出数据来证明氢能的成功。物理学家阿莫里·洛文斯是科罗拉多州智库落基山研究所的负责人，他在广为流传的白皮书《20 个氢能神话》中，用大量事实和数据严谨地反驳了对氢能最常见的批评。尽管洛文斯是氢能的支持者，但他也非常务实。他说：“支持和反对氢能的人都写了很多愚蠢的东西。双方都缺乏现实感。”他认为，无论氢能经济是在本世纪末还是本世纪中叶到来，过渡技术都将在转型过程中发挥重要作用。

这些技术中最有前景的是油电混合动力汽车，这种汽车既使用内燃机，又使用电动机，可在两者之间无缝切换，以优化油耗和发动机效率。美国混合动力汽车的销量一直在稳步增长，2005 车型年迎来了首批混合动力 SUV——福特 Escape、丰田 Highlander 和雷克萨斯 RX400h。

FreedomCAR 项目资助的研究人员还在研究超轻材料（塑料、玻璃纤维、钛、镁、碳纤维），并开发由铝和陶瓷材料制成的更轻的发动机。这些新材料有助于降低车辆的动力需求，缩小化石燃料和燃料电池之间的成本差距。

大多数专家都认为，没有灵丹妙药。关键是开发一系列节能技术，帮助我们摆脱对化石燃料的依赖，缓解全球变暖。世界资源研究所气候、能源和污染项目主任乔纳森·潘兴说：“如果我们拥有更广泛、更多样化的能源，我们就会更加强大、更加稳定。你的椅子支撑的腿越多，它翻倒的可能性就越小。”

等待氢气来拯救我们不是一个选择。“如果我们在这十年内不采取行动减少温室气体排放，历史学家将会谴责我们，”罗姆在《氢气的炒作》中写道。“他们很可能生活在一个气候比我们更热、更恶劣的世界，一个经历了不可逆转的恶化的世界。”