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氫能經濟

(:東吳大學德文系 筱蓉)

 

日益嚴重的石油危機,促使人類加速尋找並研發可替代的潔淨能源,除了耳熟能詳的太陽能、風力發電、水力發電及生質能之外,氫能更是一種極有潛力的替代能源。接下來帶大家從氫氣的產生、儲存、能源效率、安全問題和未來的展望來認識氫能。

 

氫氣產生

常見的有三種,一種是在高溫下使水蒸氣通過附有鎳基催化劑的含碳化合物,加壓吸附,即可分離氫氣;另一種熱反應產方法,利用碳氫化合物的氧化,把限量的氧氣在高溫下,通過碳氫化合物。這兩種方法所使用的催化劑都會產生大量的二氧化碳,造成二度溫室氣體排放的環保問題。第三種方法是電解水,利用氫離子在陰極被還原產生氫氣,氫氧離子在陽極被氧化產生氧氣,這是較為簡易乾淨的方法,但耗電量太大,生產一公斤氫消耗的電量約 32.9 度,因此只適合在電力便宜如水力發電區和離峰時段,或在實驗室中進行。

 

燃料電池的運作原理

氫的儲存

儲存氫一直是一個頭痛的問題,因為氫的密度很小,還有安全上的考量。氫能不管是以高壓(壓縮氫氣)、低溫(液態氫)或金屬氫化物的方式儲存,容器的體積都是非常龐大而笨重。必須尋找一種質量輕、體積小、便宜,且使用安全的儲存方法,否則氫能經濟難以推廣。

 

能源效率

除了發展用於市區公車及卡車的氫氣內燃機,安靜又環保的可攜式小型氫能燃料電池已經發展成功,可用於手機及筆記型電腦,只要儲存問題解決,長時間使用不是問題。燃料電池有低污染、高效率、低噪音、用途多、免充電、進料廣等優勢,說不定未來在便利商店就買得到氫能燃料電池。

 

2005年工業技術研究院能源與資源研究所,於燃料電池成果展,展示一台以燃料電池為動力的筆記型電腦

安全問題

氫在常溫下是一種無色、無臭、無毒的氣體,甚至燃燒的火焰都是無色的,很不容易察覺它的存在。氫氣的密度低,一旦外洩,氫氣會往上迅速擴散,被大量的空氣稀釋,不會累積濃度,氫氣與氧氣燃燒產生水蒸氣,因此氫氣爆炸的火燄是往內收縮並往上,殺傷力不大,氫氣爆炸產生比熱很高的水,可以很快帶走熱量,避免延燒。作為燃料,氫氣的安全性比液化石油氣(瓦斯)高很多。

 

未來展望

美國能源部於 2001 年的能源會議中有了共識:必須減少對石油的依賴,氫是最可行的替代能源,有必要建立一個供需架構使其達到氫能經濟的規模。氫能經濟的建立,初期還有賴政策的鼓勵。

 

 

 

2005年元智大學燃料電池國際研討會,漢氫科技,(股)公司 展示一個筆記型電腦燃料電池內鍵卡匣式儲氫器

氫氣的燃燒產物只有水,初看是絕對符合環保的要求,但實際上是否如此呢?地球上並沒有游離的氫氣可供開採,現階段 95% 是由水蒸氣和碳氫化合物反應而得,副產品就是二氧化碳。除了在氫的生產過程、儲存等技術上仍有很大的進步空間,氫能仍是未來值得看好的替代能源。

 

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參考資料

財團法人台灣永續能源研究基金會 http://blog.yam.com/tise/article/14327062

TW.SHE環球動力 http://www.twshe.com/

國立科學工藝博物館 http://www3.nstm.gov.tw/green/09_future_b.html

台灣燃料電池資訊網 http://www.tfci.org.tw/