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最後, 我們得來談談氫從哪裡來, 我們該去哪裡找那麼多的氫氣給燃料電池使用, 好提供電力來推動汽車前進!  

氫是週期表中第一個元素, 其原子序數為1, 相對原子質量為1.008;在標準狀態下, 它的密度為0.0899 g / l, 是已知所有元素中, 最輕的一個. 氫常溫常壓下為氣態; 但是在一標準大氣壓下, 氫氣在攝氏零下252.77度時, 會變成無色的液體; 在攝氏零下259.2度時, 能變成雪花狀的白色的固體; 若將壓力增大到數百個大氣壓, 分子固體氫就有可能變為金屬氫; 甚至在一定條件下, 金屬氫可轉變為超導體. 

氫是宇宙中最豐富的元素, 據估計構成宇宙物質的元素中, 百分之八十以上是氫. 氫由於受到太陽等恆星的吸引, 因而聚集到恆星上, 後來氫發生核聚變而轉成為氦, 成為太陽等恆星的能量來源.

在地球上, 除空氣中含有氫氣外, 其他主要是以化合物的形式存在, 最多的是貯存於水中;  水的質量中九分之一是氫, 海洋的總體積約為13.7億立方公里, 因此若將海水中的氫全部提煉, 所產生的總熱量, 是地球上礦物燃料之總和的9,000 倍 

氫可由電解水生成, 也可使用熱化學方法從化石燃料製取, 最近能源界也積極發展可再生能源製氫的技術. 目前, 全球大部分的氫, 主要還是透過天然氣, 石油和煤等石化燃料來產制; 每年全球的氫產量約五千萬噸, 並且以每年百分之六到七的速度在持續增加  

水電解製造氫氣是一種傳統的, 而且成熟的製造氫氣的方法! 他的製造設備很簡單, 只要將兩個電極, 浸泡在電解液中, 中間插入隔離氫, 氧氣體的隔膜就完成了電解池了. 然後當直流電通過兩個電極, 電解液中的水就會分解成氫氣和氧氣. 

整個生產流程很乾淨, 無污染, 而且他的轉換效率很高, 一般都在百分之七十五到八十五左右; 但是電量消耗很大, 每生產一立方公尺的氫氣, 必須消耗電力達4.5~5.5kW / h左右, 電費支出佔整個生產費用比重達到百分之八十. 如果拿來和從石化燃料提煉氫氣的方法來比較, 並不具有經濟上的競爭力, 所以水電解製氫佔全球氫氣生產比重, 不到百分之五.

水電解製氫的獨特優點: 

不過, 水電解製氫還是有他的獨特優點, 例如生產出來的氫氣純度高, 還有生產規模可大可小, 投資規模可依照需要來規劃. 此外, 對於水力, 風力, 太陽能資源豐富的地區, 或者是城市用電峰、谷落差很大的電網, 水電解制氫就是很好的選擇! 可以將多餘沒有用到的電能, 轉換成氫能的型式儲存, 留到需要用的時候再使用.  

水電解製氫的方法: 

*重水電解製氫法

另一方面, 能源科學家也積極的開發各種更經濟, 更省能的水電解製氫的方法, 例如更換不同的電解液! 相對於傳統採用氫氧化鈉和氫氧化鉀的鹼性水溶液作為電解液, 有些工廠則使用純度大於百分之九十九的重水來作為電解液, 被稱為重水電解製氫法;  

這樣的生產製程的優點是除了氫氣之外, 還可以生產出高純度的氘氣, 氘氣可以應用在光導纖維材料的製造, 核醫學, 製藥和控制核聚變反應, 也是很重要的軍用材料, 例如中子彈.  

*煤水電解製氫

此外, 使用煤水電解製氫, 也是另一種選擇, 這種製程使用加了煤粉或其他含碳物質的煤水漿作為電解液, 可以有效的節省電解耗能達到百分之五十以上! 他的缺點主要是除了氫氣之外, 還會產出大量的二氧化碳, 而不是氧氣, 對於環保有相當的壓力.  

*高溫熱解水製氫

另一方面, 高溫熱解水製氫和熱化學製氫則是目前深受期望的水解產氫製程; 有關高溫熱解水製氫, 其核心理論簡單來說, 就是將水直接加熱到超過攝氏3,000度以上, 部分水蒸氣就會分解成氫和氧; 他的困難度在於操作的溫度太高, 熱能來源是重要的大問題, 其中核聚變產生的熱, 以及太陽能熱系統, 則是被期待的可能解決方案.

熱化學製氫: 

另外, 熱化學製氫和高溫熱解水製氫的生產流程最大的不同點在於, 熱化學製氫是利用一連串不同, 但是又相互關聯的化學反應, 最後將水分解成為氫和氧氣的系統. 他的優點是, 在製氫流程中, 只會消耗水和一定熱量, 期餘各種添加元素和化合物, 都不會損失, 是非常好的封閉循環系統.  

只不過由於熱化學製氫的每個化學反應製程, 都必須在高達攝氏1,073~1,273度的高溫下進行, 熱能所需雖比高溫熱解水製氫的製程低, 但還是個麻煩點. 不過, 新一代的核分裂用高溫冷氣反應堆, 他產出的氦氣出口溫度高達攝氏900度, 很適合整合熱化學製氫廠一起設立. 

另外, 太陽能塔式集熱器透過反射鏡直接追蹤太陽, 將反射光精確投射在集能器, 將光能轉變成熱能, 加熱水或是其他介質產生蒸氣. 目前, 這樣的太陽集熱技術, 已經可以產生攝氏600~1200度的高壓熱蒸氣, 可以提供熱化學製氫系統來使用. 

熱化學法, 從化石能源製氫:

前面提過, 目前世界上百分之九十以上使用的氫氣, 主要是以天然氣( 甲烷 ), 煤炭( 焦化或汽化 ) 和石油( 甲醇, 乙醇, 氫質油和重油 )當作原料, 在高溫下與水蒸氣發生化學反應, 來產製氫氣;  

這樣生產方法, 在製程上都相對成熟. 現在大部分生產出來的氫氣, 主要使用在化工、化肥和冶金工業; 例如烴的加氫、精練重油、氨的合成與製造甲醇等; 另外, 台灣早期居民使用的煤氣燃料, 其中就含有不少的氫氣.  

*烴類分解生成碳黑和氫氣

當然, 還有一些特殊的產氫製程已被開發出來; 例如, 烴類分解生成碳黑和氫氣的製氫方法, 透過熱裂解或等離子體法, 除了可以從烴類分子得到氫氣外, 還可以生產碳黑, 用作橡膠和印刷工業等需要, 另外還有一個優點是, 這種製程不會產生二氧化碳, 造成污染.  

除此之外, 也可將硫化氫分解, 來產製氫氣; 或者只透過新型氧化物材料, 如鐵改性稀土高氧化物, 配合甲烷和水蒸氣交換, 在相對低溫攝氏300~700度下產製氫氣; 另外硼氫化鈉在鹼性水溶液中, 也可水解成為氫氣和水溶性亞硼酸鈉. 

至於, 日本能源科學家, 利用核燃料儲存設施中, 產生的γ射線, 照射輻射性催化劑, 或是利用螢光物質, 將γ射線轉變為紫外線, 然後照射光催化劑, 將水分解為氫氣和氧氣; 另外, 美國科學家則將頻率為600Hz的交流電, 輸入鼓型空腔諧振器, 讓諧振器中的水分子產生共振, 分裂成氫和氧; 因為這種方法的能源轉換率很高, 可能高達百分之九十以上, 因而電子共振裂解水的製程深受期待. 

在實際應用方面, 有些人認為, 可以利用城市中現成的天然氣輸送管, 然後在天然氣產區, 或者港口附近設立大型天然氣( 甲烷 )製氫工廠, 將產製的氫氣, 利用現成的天然氣輸送網, 送到城市的氫氣加氣站, 或是居民家中的燃料電池發電機使用;

另外也可以考慮直接將中小型的天然氣製氫系統( 如製氫重整器 ), 安裝在地區型燃料電池發電站或居民家中, 透過輸送網, 直接將天然氣( 或是甲烷、丙烷、煤氣和石油氣, 也可以使用甲醇、乙醇 )直接送進各地的製氫重整器來產氫, 供應燃料電池來使用. 其中日本大阪瓦斯公司, 就已經開發出相關應用, 正在測試改良中.