日本氢燃料电池汽车和氢能源！氢气从哪里来？

说到氢燃料电池，没有人比日本更坚定。

12月15日，丰田将在中国开始销售新款氢燃料电池汽车Mirai，本田的FCV量产车型也将于明年3月下旬在日本上市。

丰田能够坚持20年研发，离不开日本国力的支持。

归根到底，是日本政府想要真正掌握一项能源技术，而不是受制于人。

我们先来看看氢气是从哪里来的。

如果不是海啸造成的核泄漏，日本或许也不会放弃纯电动汽车的计划。

日本所有核电站的关闭，让所有车企意识到，原来利用剩余电力进行夜间充电的梦想无法实现。

面对不断上涨的化石燃料价格和日本国内日益严重的能源泄漏，日本开始寻找真正的替代能源。

这种能量暂时可能是不干净的、成本很高的，但一定是有前途的，是可以真正掌握的。

并不是日本没有考虑过天然气，也不是甲烷燃料电池有太多缺点。

日本放弃天然气的主要原因之一是这种能源的大部分标准并不掌握在日本手中。

这意味着，未来如果使用天然气能源，海外仍需支付大笔专利费。

对于氢来说，这种情况不存在。

目前，日本在氢能相关专利方面遥遥领先。

国内氢能规模或许不是全球最大，但实用率是最高的。

作为一项长远规划，氢因储量巨大而受到青睐，但关键是元素氢在自然界中非常稀有，因此制氢成为氢能利用的一大难题。

制氢技术需要考虑环境、经济、实用等方面。

因此，目前制氢多采用电解卤水、熔炼等高碳排放技术。

未来，可再生能源水电解、生物制氢、太阳能等低碳技术将逐步向低碳技术延伸。

副产氢气 氢气作为副产品存在于许多工业中，主要集中在制碱、冶炼等高温工业领域。

由于氢气不是最终生产目标，副产氢气在规模、成本和质量上都存在一定差距。

例如，在电解盐水的工业应用中，虽然氢气纯度高，但产量小，成本高。

虽然钢铁冶炼等高温工业也会产生大量的氢气，但这种氢气的纯度不高，大多数工厂一般都是自给自足的氢气，并不对外出售。

冶炼厂只有在产量满足自身需求后才会出售氢气，但产量不大，供应关系不稳定。

虽然制碱行业对氢气的需求量不大，且大部分对外销售，但制碱厂需要盐、水和电。

电仍然需要自己生产，最后经过制碱厂最终生产出氯气、氢气和烧碱（主要是氢氧化钠）。

氢气经过压缩精制后，根据需求制成民用液化氢或压缩氢。

化石燃料反应目前绝大多数氢气来自天然气和石油燃料反应。

目前的主流方法依赖于天然气和水的反应。

甲烷和水在高温下产生一氧化碳和氢气。

常规理论上，这部分一氧化碳和氢气通常用于还原金属脱硫等应用。

不仅是天然气，工业上常用的是以无烟煤或焦炭为原料，在高温下与水蒸气反应生成水煤气（一氧化碳和氢气的混合物），再与水蒸气反应生成氢气。

一般来说，这种制氢方法成本较低，产量较大，设备较多。

采用这种方法生产氢气需要℃以上的高温。

化学式中甲烷与水的比例为一比一，但在实际应用中这个比例通常达到一比三。

过多的水参与会浪费大部分热量。

。

产生二氧化碳和氢气后，可将气体压入水中溶解二氧化碳，最终获得更高纯度的氢气。

电解水：电解水制氢主要分为电解盐水和制碱行业电解纯水两种方法。

目前电解纯水比电解盐水贵。

这是因为盐水中含有丰富的正离子和负离子，在传导电流方面具有纯水无法比拟的优势。

电解盐水的副产物是苛性碱、氯气、氢气和氧气，而电解纯水的副产物只有氧气和氢气。

两者生产的氢气纯度相似，均可达到99.99%。

但盐水电解规模较大，更容易工业化。

电解水在速度和能耗方面仍不如电解盐水。

虽然电解水在成本上很难控制，但它是未来最值得关注的技术。

一方面，氢可以储存电能，将风能、太阳能和可再生能源转化为电能，然后以氢的形式储存电能。

如果夜间多余电能太多，还可以用氢气来储存，最终达到供电削峰填谷的目的。

氢气的储存成本低于电池储存。

而且，电池储存电能只能在短期内有效，并且消耗较多的电能。

能量密度较小，成本较高。

因此，电解水将成为未来储存能源的新方式。

该技术已经应用于家庭热电联产系统，该系统利用氢和氧之间的放热反应不仅可以加热，还可以提供电力。

目前，两种类型的固体聚合物燃料电池PEFC和固体氧化物燃料电池SOFC已出现在日本的小型家用设备中。

松下和东京燃气，以及东芝和京瓷已经开始投资该项目，目前的主要工作集中在降低PEFC和SOFC的成本。

水电解技术的未来与可再生能源有关。

如果能够找到有效的催化剂和更好的反应方法，利用可再生能源制氢的前景将非常乐观。

生物制氢 目前，生物制氢还处于初级阶段，还不成熟，主要依靠农作物、木材等碳水化合物材料。

我国在生物制氢方面也取得了很大进展，但重点主要集中在制氢酶方面。

目前的研究大多集中在纯细菌和细胞固定化技术，如产氢细菌的筛选和包埋剂的选择。

上述生物制氢方法中，发酵细菌产氢率最高，条件最低，具有直接的应用前景；而光合细菌产生氢气的速度比藻类快，能量利用率比发酵细菌高，可以产生氢气。

氢气与光能的利用和有机物的去除有机耦合，因此相关研究最多，也是一种具有潜在应用前景的方法。

非光合生物可以降解大分子物质产生氢气，光合细菌可以利用多种低分子有机物光合作用产生氢气，蓝细菌和绿藻可以光解水产生氢气。

将它们按照生态规律有机结合起来的共氢技术引起了人们的研究兴趣。

混合培养技术和新型生物技术的应用将使生物制氢技术具有更大的发展潜力。

太阳能 太阳能制氢主要依靠光，而光的应用主要在光、热、电等方面。

大多数涉及光的制氢途径都涉及到水，并且仍然遵循水的电解和分解过程。

太阳能热水分解可以直接热分解水，但需要使用比较大的集光设备，通过水在K（热力学温度，约℃）的不稳定性将水分解为氢气和氧气，分解效率较高。

，但光采集设备价格昂贵。

当然，现在可以在水中添加催化剂，使水在K左右（约℃）时完成分解。

也可以先利用太阳能发电，然后电解水制取氢气。

这种方法还有一个变体，就是先进行光化学反应，然后进行热化学反应，最后进行电化学反应，在较低的温度下获得氢气和氧气。

该方法为大规模利用太阳能制氢提供了基础。

关键是寻求光解效率高、性能稳定、价格低廉的光敏催化剂。

此外，太阳能制氢还包括光电化学反应制氢，主要基于特种化学电池。

此外，还有模拟植物光合作用分解水产生氢气。

这项技术仍处于起步阶段。

最后一种是光合微生物制氢，它利用河流、湖泊和海洋中的某些藻类来生产氢气。

除了利用太阳能和核能制氢之外，利用生物质制氢也在大力研究。

目前的方法是利用生物质和有机废物中的碳材料与溴和水在℃下反应生成氢溴酸和二氧化碳溶液。

然后将氢溴酸水溶液电解成氢气和溴，回收溴。

使用。

当然，除了上面提到的几种制氢方法之外，还有其他的方法，比如氨法制氢等。

可以说，在整个制氢技术中，离低碳更远的制氢方法将会变得越来越受欢迎。

但在氢能普及初期，化石燃料制氢方式仍将被广泛使用和依赖。