氫燃料電池　能否顛覆能源行業(yè)？

    鋰電世界  弗吉尼亞理工大學（Virginia Tech）的研究人員已發(fā)現(xiàn)從植物原料中有效提取氫的方法，克服了氫燃料電池技術(shù)中的幾大障礙之一。正是這些障礙導致奧巴馬政府將氫燃料電池技術(shù)擱置一邊。

    “我們認為這一發(fā)現(xiàn)會改變可替代能源行業(yè)的游戲規(guī)則。”弗吉尼亞理工大學生物系統(tǒng)工程系副教授珀西瓦爾.張（Y.H. Percival Zhang）表示。張帶領(lǐng)弗吉尼亞理工大學的一支團隊開發(fā)了從木糖中制備大量氫氣的方法。木糖是一種廣泛存在于自然界中的單糖，植物細胞壁的30%由其構(gòu)成。

    傳統(tǒng)上，氫通過對天然氣的汽化重整來制取，這一過程會浪費掉儲存于天然氣中的一部分能量，同時釋放出大量的二氧化碳。2009年在接受《麻省理工科技評論》（MIT Technological Review）雜志采訪時，美國能源部長朱棣文曾表示，汽車行業(yè)氫燃料電池技術(shù)面臨的四大障礙中，氫的傳統(tǒng)來源是第一個障礙：

    “我一直對它持某種懷疑態(tài)度，因為目前我們主要從天然氣的重整中獲取氫。這并不是一個理想的來源。你會浪費掉天然氣中的一部分能量，而天然氣是一種非常寶貴的燃料。”

    朱棣文剛剛將燃料電池汽車的開發(fā)預算從2.5億美元削減至7,000萬美元，他認為由電池驅(qū)動的電動汽車能比預期更快地達到奧巴馬政府提出的“能與每加侖燃料行駛45甚至50英里的內(nèi)燃發(fā)動機汽車競爭的20,000美元個人汽車”的目標。

    在氫燃料電池技術(shù)方面，人們對奧巴馬提名接替朱棣文的埃內(nèi)斯特.莫尼茲（Ernest Moniz）所知甚少。但他2004年在麻省理工學院出席一個活動時表達了類似的看法：“考慮到安全以及環(huán)境問題，我們無法承受將關(guān)注重點放在這一方向。”他在談到氫燃料電池技術(shù)時說道。

    在弗吉尼亞理工大學，張一直在研究利用酶從植物生物質(zhì)中提取氫的方法。最近一期的Angewandte Chemie報告說，當該團隊將木糖放入含有13種酶的混合液體中時，他們在低溫條件下得到了氫氣，這是一個突破：

    “為了產(chǎn)生氫氣，弗吉尼亞理工大學的科學家們從原生微生物中分離出多種酶，制成無法在自然界中獲取的特制的多酶混合液。這些酶在與木糖和一種多磷酸鹽結(jié)合時，會從木糖中釋放出氫氣，產(chǎn)量之大前所未有……木糖中所含的能量分解了水分子，生產(chǎn)出高純度的氫氣，可直接用于質(zhì)子交換膜燃料電池。更具吸引力的是，這一反應(yīng)可在較低溫度下發(fā)生，產(chǎn)生的氫能比木糖和多磷酸鹽中儲存的化學能還要高。該結(jié)果的能效超過了100%——是一種凈能量增益。這意味著低溫下浪費的熱能首次可用于生產(chǎn)高能量的氫氣。

    ——弗吉尼亞理工大學

    根據(jù)弗吉尼亞理工大學的報告，張的發(fā)現(xiàn)得到了喬納森.米倫茨（Jonathan R. Mielenz）的認可，他是橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory）生物科學部的小組領(lǐng)導。

    “這一令人興奮的發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵之處在于張使用了植物中分布第二廣泛的糖制取氫氣。”米倫茨告訴弗吉尼亞理工大學。“這使氫的制取具有重要的額外好處，它降低了從生物質(zhì)中制氫的整體成本。”

    米倫茨預計張的工藝能在3年后發(fā)展成為價值達1,000億美元的制氫市場。即使這一預測能變?yōu)楝F(xiàn)實，朱棣文還提到了氫燃料電池技術(shù)面臨的另外三個障礙：

    “其它的問題是，在運輸方面，我們還沒找到理想的儲存辦法。壓縮氫氣是目前最好的辦法，[但它需要]占用非常大的容積。我們還沒想出如何儲存高濃度的氫。還有什么？氫燃料電池還未發(fā)展成熟，輸送氫氣的基礎(chǔ)設(shè)施也不足。因此你必須馬上同時解決四個問題。因此，它看起來始終象是一個遙遠的未來。如要推廣氫燃料電池的使用，你需要取得四項重大的技術(shù)突破。這讓氫燃料電池的推廣無法實現(xiàn)。”

    雖然削減了氫燃料電池項目的費用，能源部在攻克這些障礙方面仍取得了一些進展。例如，它最近發(fā)布了一份關(guān)于運輸氫氣的可行性報告，辦法是將氫氣混入現(xiàn)有的天然氣管道設(shè)施中。

    “在更長久的未來，在上游注入氫氣然后在下游提取氫氣以供燃料電池電動汽車或固定式燃料電池使用時，混和可能會為氫氣的運送提供經(jīng)濟的方式。”該報告總結(jié)說。