氢燃料危险吗?

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1937年5月6日在新泽西州莱克赫斯特(Lakehurst)爆炸。
法新社/盖蒂图像

1937年5月6日,当兴登堡的飞艇接近新泽西州莱克赫斯特的码头时,飞艇将乘客甲板高高在上装满了氢。在宇宙中,最简单,最丰富的元素具有一个质子,其中一个电子围绕它旋转。氢在原子上也最少重量。它可以打动很大的冲击,当引入氧气和点火源时,会产生大量的能量。当兴登堡爆炸时,世界见证了氢的力量。

当兴登堡那天晚上停靠时,飞艇的外皮肤暴露在静态火花中。在几秒钟内火焰在整个飞艇上撕裂,将其减少到火焰和扭曲的金属中。三十六个人在灾难中丧生[来源:国家档案馆]。随着兴登堡燃烧的速度,公众对氢的看法也是如此。灾难发生数十年来,氢被怀疑甚至警报。关于元素的“氢恐惧因素” [来源:爱德华兹]。

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今天,随着人们对可能的关注全球石油供应减少- 以及这种油的污染物排放量的增加 - 能源研究人员正在重新考虑氢作为来源燃料。它肯定具有巨大的希望:氢发出的温室气体几乎没有或没有温室气体(GHG)。它的主要副产品是蒸气和热量。氢具有任何燃料的重量的最高能量输出[来源:CECA]。而且很丰富;从天然气到水本身,可以由许多来源生产氢。

但是问题仍然存在:氢为我们的汽车提供了安全的能源吗?如何将氢用作燃料?下一页上有一个快速底漆。

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氢燃料电池挑战

2005年在澳大利亚新南威尔士大学开创了从水中提取氢的技术。该方法利用太阳能为反应提供了助力。“width=
2005年在澳大利亚新南威尔士大学开创了从水中提取氢的技术。该方法利用太阳能为反应提供了助力。
伊恩·瓦尔迪/盖蒂图像

氢实际上不是能源 - 这是能源载体[来源:CECA]。氢载有生产时产生的能量。类似:我们不能燃烧电力(这是能源载体),但是可以通过燃烧天然气或石油等能源产生的电力。然后,电力将这种能量运送到其他地方,例如您家中的插座。

这意味着必须给能量载体携带能量,粗鲁地说。因此,我们必须创造能量以制造氢。这要比获取我们的主要燃料源油的常规方法要容易得多。需要油钻孔进入储备金,将其抽出地面,精制它并将其发送到加油站。通过将氢用作燃料来源,从本质上讲,我们可以生产自己的燃料并消除所有这些步骤,也许是石油造成的地缘政治冲突。

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氢是通过称为改革。当然,我们可以通过燃烧天然气或其他一些碳基燃料来产生氢作为能量转移的手段。实际上,甲烷重整(通过燃烧天然气将氢与碳氢化合物分离)是目前最可行的生产氢燃料的方法。但是,通过这种方法,就温室气(GHG)的排放而言,我们就回到了第一方。虽然从氢转移能量的过程将是一个干净的过程,但产生氢的过程仍然会燃烧化石燃料并发出温室气体。

正如有生产电力的清洁方法(例如水力发电)一样,氢也可以通过要么太阳能- 即使通过食用藻类并产生氢作为废物的微生物[来源:NREL]。研究人员将这些方法评估为无需燃烧化石燃料而生产氢的可靠方法。其他人正在弄清楚使用这种生产的氢来为您的汽车供电的最佳方法。

汽车工程师已经设计了燃料电池。这些燃料电池会产生电力,使您的汽车通过电化学转换。纯化学元件氢被分成其质子和电子,这一过程产生了电力。当它与氧气混合时,该过程的副产品是水。由于燃料电池无法单独产生足够的电力来为汽车供电,因此必须将电池组合在一起以创建燃料电池堆[资源:燃油经济性]。但是,一旦将几堆放在一起,您的汽车就可以放大。

但是,一个大问题仍然存在:将氢存储在车上。一些方法已经在使用。氢可以以高加压气体或极冷的液体的形式存储,例如低温氢。这适用于将氢存储在燃油泵上,但在汽车中携带燃料并不实用。低温氢液体将需要额外的机载系统以保持燃油冷。这会增加重量,从而影响车辆的能效。

研究人员仍在研究存储和利用氢作为燃料来源的最佳方法。该研究的一部分包括消除公众对氢燃料的恐惧。科学也许能够破解氢燃料难题,但是如果驾驶员仍然设想自己在挡泥板弯曲器之后被白热火焰燃烧,那么谁会买一辆氢气的汽车呢?也许下一页会减轻您的担忧。

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氢燃料安全

福特氢燃料电池电动汽车的发动机。该汽车在2005年国家氢协会的全国会议上展出。“width=
福特氢燃料电池电动汽车的发动机。该汽车在2005年国家氢协会的全国会议上展出。
乔·雷德(Joe Raedle)/盖蒂图像

在许多情况下,氢比目前用来为汽车供电的燃料更安全。基于碳的燃料往往会以液体的形式传播(您知道您是否曾经溢出过汽油在泵上)。当它燃烧时,常规燃料会产生热灰,从而产生辐射热。氢不是这种情况。氢以其纯净的形式不燃烧碳,不会产生热灰,很少有辐射热[来源:RMI]。更重要的是,当氢泄漏时,它会迅速上升到大气中,因此燃烧的时间较小[来源:普林斯顿]。

那么兴登堡呢?支持氢燃料的支持者和反对者都锁定了命运不佳的飞艇在他们的辩论中。尽管反对者将其视为一个警示性的故事,但支持者将其视为氢气的夸大。

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尽管兴登堡上的氢肯定确实如此烧伤凭借令人难以置信的力量,并不是造成灾难的氢,而是铝粉。反射阳光,兴登堡的皮肤被这种粉末覆盖,这种粉末等同于火箭燃料[来源:RMI]。由高度易燃的醋酸盐对构成飞艇皮肤的棉布进行了防水[来源:ABC]。氢的支持者还指出,兴登堡灾难中的火焰燃烧而不是燃烧,因为该元素是如此轻巧。这使乘客在相对不受火焰毫不掩饰的载体中。在36人的兴登堡死亡中,有35人是从飞艇上跳下来的乘客的结果。所有仍然留在船上的人[来源:RMI]。

氢燃料储存带来的挑战是提出创建储罐的方法,而储罐不会被证明是对后代的氢气的警示性故事。换句话说,什么是最佳的储罐,以防止氢在车祸中爆炸?

坦克是一种可能性。它们足够强大,可以用作汽车中氢气的可靠载体。如果确实发生事故,则钢制储罐可能会在不刺穿或破裂的情况下承受撞击。然而,钢的一个问题是,氢是如此轻巧,因此比汽油密度少。任何持有加压氢燃料的水箱都必须比您的汽车上的常规汽油箱大得多。钢罐会很重,并降低能源效率。

复合材料似乎比钢提供了更多的希望。由聚乙烯制成的储罐重量轻,可以适合汽车,并设计为粉末- 吸收撞击的能量,将储罐减少到灰尘,表面上将氢安全释放到大气中[来源:普林斯顿]。

氢可以最终存储在可以保存元素并在需要时释放的材料中。某些类型的金属,例如金属氢化物,可以将氢分子捕获在其组成结构中。在这里,当金属加热时,氢气被安全储存并释放。使这项技术更具吸引力的是,从其金属储罐中释放氢分子所需的热量可能来自氢燃料电池产生的废热[来源:母鹿]。

似乎“氢恐惧因素”并没有为劝阻其作为燃料来源的生存能力的持续研究做出了很多贡献。而且,如果世界真的用完石油,我们可能不得不一劳永逸地抛弃这些恐惧。

有关氢燃料和其他相关主题的更多信息,请访问下一页。

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更多的链接

  • 爱德华兹,彼得·P。“我们对氢燃料站的恐惧。”时代。2008年4月21日。http://www.timesonline.co.uk/tol/comment/letters/letters/article3784369.ece
  • Kruszelnicki,Karl S.“欣登堡和氢”。澳大利亚广播公司。2004. http://www.abc.net.au/science/k2/moments/s1052864.htm
  • 墨菲,基督徒。“区分能源和载体。”美国消费能源委员会。2003年7月30日。http://www.cecarf.org/programs/fuels/sourcescarriers.html
  • “燃料电池车。”加利福尼亚能源委员会。http://www.consumerenergycenter.org/transportation/fuelcell/index.html
  • “燃料存储。”普林顿大学。http://www.princeton.edu/~chm333/2002/spring/fuelcells/h_storage.shtml
  • “它们的工作方式:PEM燃料电池。”燃油经济性。http://www.fueleconomy.gov/feg/fcv_pem.shtml
  • “氢事实。”美国消费能源委员会。2003. http://www.cecarf.org/programs/fuels/fuelfacts/hydrogenfacts.html
  • “氢的生产和递送。”国家可再生能源实验室。2007年6月1日。http://www.nrel.gov/hydrogen/proj_production_delivery.html
  • “氢危险吗?”落基山研究所。http://www.rmi.org/sitepages/pid205.php
  • “金属氢化物。”美国能源部。2006年11月6日。http://www1.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells/storage/metal_hydrides.html
  • “地狱的场景:赫伯·莫里森 - 欣登堡灾难,1937年。”国家档案馆。http://www.archives.gov/exhibits/eyewitness/html.php?section=5
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