2006年11月13日國(guó)際氫能界的主要科學(xué)家聯(lián)名向八國(guó)集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)人：加拿大總理斯蒂芬.. ·哈珀、法國(guó)總統(tǒng)雅克·希拉克、德國(guó)總理默克爾、意大利總理羅馬諾·普羅迪、日本首相安倍晉三、俄羅斯總統(tǒng)弗拉基米爾.. ·普京、英國(guó)首相托尼·布萊爾和美國(guó)總統(tǒng)喬治·布什以及聯(lián)合國(guó)相關(guān)部門負(fù)責(zé)人提交了有關(guān)氫能的《百年備忘錄》。在備忘錄中，科學(xué)家們指出：“21世紀(jì)初葉人類正面臨的兩大危機(jī)：一是人為因素導(dǎo)致的氣候變化是真實(shí)存在的，至21世紀(jì)末，氣溫的升高將會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)相當(dāng)大的幅度，并將會(huì)給人類、動(dòng)物、植物以及人類文化遺產(chǎn)帶來(lái)災(zāi)難性的后果。二是傳統(tǒng)化石能源或核能源燃料被少數(shù)幾個(gè)國(guó)家寡頭壟斷的情況正不斷加劇，這不利于大多數(shù)國(guó)家利用能源。解決上述問(wèn)題的方案不少，但是氫能為最優(yōu)方案，它將為人類提供足夠
的清潔能源?！?/span>

    為什么世界科學(xué)家對(duì)氫能如此重視？氫能到底能不能擔(dān)當(dāng)如此重任，本系列講座將詳細(xì)通俗地向讀者介紹這方面的有關(guān)知識(shí)。   

誰(shuí)是下一個(gè)能源主角

    人類的能源發(fā)展史是一部生產(chǎn)力發(fā)展的歷史。從不發(fā)達(dá)社會(huì)使用收集的牲畜糞干、秸稈茅草，到我們今天使用的石油、煤炭、天然氣能源，人類社會(huì)發(fā)展隨著我們使用能源的進(jìn)步而進(jìn)步。能源不僅為人類提供基本需求，如光和熱、而且還讓我們能在空中、地面、水上甚至星際長(zhǎng)距離旅行。    “鉆木取火”是人類利用柴薪的開(kāi)始。從有史以來(lái)到公元1800年，利用能源的方式都是如此。期間個(gè)別地方發(fā)現(xiàn)煤、天然氣乃至石油，并沒(méi)有引起轟動(dòng)，主要是沒(méi)有工業(yè)應(yīng)用，無(wú)論哪種能源都是用于炊事、照明而已，差別不大。直到工業(yè)革命的蒸汽機(jī)開(kāi)始之時(shí)，人們還是用木頭燒鍋爐。后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)煤可以更方便、更有效地開(kāi)動(dòng)蒸汽機(jī)，再加上木材也越來(lái)越少，煤炭才迅速代替木材，成為世界能源主角。    隨著汽車的發(fā)明和普及，人們又發(fā)現(xiàn)石油是比煤更方便、更有效的一種能源，于是石油在能源舞臺(tái)上大顯身手。以后天然氣也成為人類生活中重要的能源。從圖1可以看出，人類經(jīng)歷柴薪時(shí)代、煤炭時(shí)代、石油時(shí)代、天然氣時(shí)代后，能源將會(huì)進(jìn)入氫能時(shí)代?，F(xiàn)在，氫作為能源載體已經(jīng)受到世界各國(guó)科學(xué)家、工程師、投資家和政府部門等多方的高度關(guān)注。

圖1 世界能源變化趨勢(shì)圖

    化石能源的尷尬處境

    1770年，瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)，標(biāo)志著第一次工業(yè)革命的開(kāi)始，煤作為能源起了無(wú)可替代的推動(dòng)作用。不過(guò)，瓦特根本無(wú)法想象他天才的發(fā)明，以及在他之后的各式各樣、形形色色的蒸汽機(jī)向大氣排放的CO 2會(huì)給環(huán)境帶來(lái)越來(lái)越嚴(yán)重的災(zāi)難！許多年以后，當(dāng)煤、石油和天然氣燃燒時(shí)，CO 2和其它化學(xué)物質(zhì)在大氣中逐漸積累，吸收熱量，并導(dǎo)致今天的“溫室效應(yīng)”，威脅著全人類的生存環(huán)境！

    過(guò)去的許多年，天文數(shù)字般的CO 2被排放到大氣中，近兩個(gè)世紀(jì)以來(lái),大氣中二氧化碳濃度一直在增加。如.. 1790年大氣中二氧化碳濃度為260ppm,2003年為375.64ppm，預(yù)計(jì)到.. 2050年將達(dá)到700ppm。這些CO 2象溫室的玻璃一樣，吸收了太陽(yáng)的熱，使地球的溫度升高。在20世紀(jì)，地球溫度升高了0.7℃?！皽厥倚?yīng)”的可怕后果是土地沙漠化、農(nóng)業(yè)減產(chǎn)、物種變遷、疾病流行、冰川融化、海平面上升、氣候變化、洪水、地震、海嘯以及“厄爾尼諾”現(xiàn)象等。計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)?shù)厍驓鉁厣?℃，局部地區(qū)會(huì)明顯變暖；增加4℃以上時(shí)，萬(wàn)年冰山融化，極地冰層融解，地球的沿海地區(qū)將被淹沒(méi)。

    2006年10月30日英國(guó)政府公布了一份有關(guān)全球氣候變暖問(wèn)題的報(bào)告，這份長(zhǎng)達(dá)700頁(yè)的《斯特恩報(bào)告》指出，如果各國(guó)政府在未來(lái)10年內(nèi)不采取有效行動(dòng)遏制“溫室效應(yīng)”，那么全球?qū)榇烁冻龈哌_(dá)6.98萬(wàn)億美元的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，這將超過(guò)一戰(zhàn)、二戰(zhàn)和上世紀(jì)30年代美國(guó)經(jīng)濟(jì)大蕭條所付出的代價(jià)。此外，冰川大量融化所導(dǎo)致的氣候變化會(huì)導(dǎo)致全球六分之一人口嚴(yán)重缺水，40%以上的野生物種滅絕，并造就多達(dá)兩億的“環(huán)境難民”。

    我們知道，含碳的燃料在空氣中燃燒會(huì)產(chǎn)生熱量，燃燒的副產(chǎn)物除CO 2和水蒸汽外，空氣中的氮與氧反應(yīng)產(chǎn)生一氧化氮和二氧化氮?dú)怏w，通常表示為NO X 。NO X是更強(qiáng)烈的溫室氣體，其溫室效應(yīng)是.. CO2的310倍！

    煤和石油通常含有一些硫磺，燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生二氧化硫、三氧化硫等硫氧化物，表示為SO x，SO x與雨水結(jié)合形成硫酸，即我們所說(shuō)的“酸雨”。

    “酸雨”會(huì)嚴(yán)重危害動(dòng)植物生長(zhǎng)，從而直接或間接危害人體健康；對(duì)金屬、石料、水泥、木材等建筑材料均有很強(qiáng)的腐蝕作用，對(duì)城市建筑、道路、橋梁、名勝古跡造成很大危害?！八嵊辍睅Ыo社會(huì)經(jīng)濟(jì)的損失是不言而喻的。

    燃燒汽油、柴油或其他含碳燃料還產(chǎn)生如一氧化碳、過(guò)氧硝酸乙酰酯（俗名為PAN）、苯并芘、煙霧之類有毒物質(zhì)，也是許多麻煩的根源。

    化石能源，特別是煤的使用，不但給煤使用地區(qū)帶來(lái)污染，而且給煤的生產(chǎn)地區(qū)也帶來(lái)河流污染、地面塌陷等災(zāi)難；石油天然氣的開(kāi)采也往往造成嚴(yán)重的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題，比如導(dǎo)致地面變形、誘發(fā)地震、巖溶塌陷等等。

    成也化石能源、敗也化石能源，它是地球環(huán)境污染的重要根源。所以，為了我們的地球，為了我們的后代，要盡量少用化石能源，同時(shí)使用替代能源。

    世界的難題，氫能的機(jī)遇

    要解決全世界面臨的“溫室效應(yīng)”和環(huán)境問(wèn)題，人們提出多種辦法，其實(shí)，最好的方法就是把燃料中的碳去掉。利用原子的核聚變反應(yīng)也許能提供我們所需要的能量，但從目前估計(jì)，這可能是百年以后的遠(yuǎn)景了。

    用氫代替目前所用的燃料是唯一能提供既沒(méi)有溫室效應(yīng)、也沒(méi)有污染物威脅的高質(zhì)生活的途徑。世界的難題，給氫能展示優(yōu)勢(shì)的機(jī)會(huì)。

    耀眼的太陽(yáng)氫

    在《百年備忘錄》中提到“氫能將進(jìn)一步提高可再生能源在全球能源市場(chǎng)中的比例”。這是因?yàn)榭萍冀缙毡檎J(rèn)為氫能是一種極具潛力的“能源載體”。氫氣不是一次能源，自然界中不存在純氫，只能通過(guò)分解含氫化合物得到，地球上最多的含氫化合物就是水！那么，分解水的能量從何而來(lái)？人們自然而然地想到永遠(yuǎn)光輝燦爛的太陽(yáng)。太陽(yáng)能對(duì)環(huán)境無(wú)害，但有很強(qiáng)的區(qū)域性和時(shí)間性。在某一時(shí)段，有的地方有太陽(yáng)，有的地方卻沒(méi)有；即使在有太陽(yáng)的地方，太陽(yáng)光的強(qiáng)度從早晚到中午也有很大的變化。這樣，我們?cè)诒仨氃谔?yáng)光強(qiáng)度高的時(shí)候儲(chǔ)存太陽(yáng)能，以便在沒(méi)有太陽(yáng)光時(shí)再利用。

    如何儲(chǔ)存太陽(yáng)能？靠蓄電池不行，容量太小。科學(xué)家提出了太陽(yáng)-氫能系統(tǒng)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，白天太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電，并電解水生產(chǎn)氫（只有商業(yè)、工廠和家庭不需要電時(shí)，才這樣處理）；然后用管道輸送氫，就像今天輸送天然氣一樣，直到城市和小鎮(zhèn)，供燃料電池發(fā)電。清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院的科學(xué)家們正在開(kāi)展“太陽(yáng)氫”、“風(fēng)氫”的研究。

    太陽(yáng)-氫能無(wú)污染，當(dāng)用氫產(chǎn)生熱或電時(shí)，副產(chǎn)物是清潔的水，水電解又得到氫。所以太陽(yáng).. -氫能是一個(gè)清潔和可循環(huán)的系統(tǒng)。許多自然過(guò)程是自循環(huán)的，如動(dòng)物、人和植物的呼吸系統(tǒng)，食物鏈和地球的水循環(huán)等。難道我們的能源不應(yīng)該采用可再生的自循環(huán)系統(tǒng)嗎？

    在太陽(yáng)-氫系統(tǒng)中，氫在太陽(yáng)能（直接的和間接的）和消費(fèi)者之間扮演一個(gè)中介的角色。因?yàn)闅淇纱鎯?chǔ)、可運(yùn)輸、清潔，而且可無(wú)限循環(huán)利用，用之不竭！

    任重道遠(yuǎn)的氫能

    大約250年前人們就發(fā)現(xiàn)了氫；約150年前，氫獲得工業(yè)應(yīng)用。在使用天然氣之前，人們就用所謂的城市瓦斯來(lái)取暖、做飯或道路照明；那種瓦斯含氫達(dá)60％。

    目前許多人對(duì)氫有偏見(jiàn)，疑慮、甚至恐懼。他們擔(dān)心氫氣的來(lái)源、氫的安全，擔(dān)心氫能否為人們接受等等，其實(shí)都是過(guò)慮。

    隨著科技的進(jìn)步，能源工業(yè)將采用太陽(yáng).. -氫能系統(tǒng)生產(chǎn)清潔的氫氣，汽車加注氫燃料和現(xiàn)在加注汽油一樣方便、快捷。那時(shí)，人們的生活一定會(huì)更好、更舒適。

    任何變革的第一步往往是最艱難的，但是為了保護(hù)環(huán)境，為了我們的子孫后代，我們必須邁出這一步，必須改變現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)。能源的替代需要一個(gè)過(guò)程，一般要幾十年，乃至上百年，但我們要未雨綢繆，不能怠慢，要通過(guò)積極的研究創(chuàng)新，來(lái)努力縮短氫能大規(guī)模應(yīng)用的進(jìn)程?？茖W(xué)家們今天提出的《百年備忘錄》的正確性和預(yù)見(jiàn)性，將會(huì)被百年歷史所證明。（待續(xù)）..

    作者簡(jiǎn)介

    毛宗強(qiáng)，男，1947年.. 9月.. 10日出生，江蘇淮陰人。于1970年、1982年和1993年分別獲得清華大學(xué)學(xué)士、碩士和英國(guó)大學(xué)化工系工學(xué)博士學(xué)位?，F(xiàn)為清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院責(zé)任教授、博士生導(dǎo)師、國(guó)際氫能學(xué)會(huì)中國(guó)唯一理事、中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)氫能專業(yè)委員會(huì)主任《電源技術(shù)》副主編、《太陽(yáng)能學(xué)報(bào)》副主編、《太陽(yáng)能》、《可再生能源》編委、世界環(huán)境基金（.. GEF）技術(shù)顧問(wèn)、國(guó)際氫能經(jīng)濟(jì)合作伙伴（I PH E）氫能教育專家。毛宗強(qiáng)教授是我國(guó)著名氫能科學(xué)家，曾為國(guó)家科技部第一個(gè)氫能.. 973項(xiàng)目（.. 2000-2005）首席科學(xué)家。他從事科研工作近.. 40年，已在國(guó)內(nèi)外著名刊物及會(huì)議發(fā)表有關(guān)氫能與燃料電池的文章160余篇及多部著作，申請(qǐng)并獲得多項(xiàng)專利。