A． 氫、因其能量密度高,，而被人們誤認(rèn)為是最佳的能源載體,。氫氣作為車載能源能量密度低于汽油、也低于甲醇,、二甲醚,。在本文看來氫作為能源載體可有可無。

B． 除地?zé)?、核能外,，人類能利用的能源都是太陽能。在科學(xué)理論,、科技發(fā)展達(dá)到一定高度的今天,，太陽能的終極利用方案已經(jīng)有條件形成。

關(guān)鍵詞：氫能,；能源載體,；太陽能終極利用方案。

0 背景說明

能源問題是當(dāng)前人類迫切需要解決的難題,。不只是為了解決溫室效應(yīng),，降低能源成本，更重要的是在信息技術(shù),、智能自動(dòng)化制造技術(shù)的幫助下,，已經(jīng)具備了解決這一問題的能力。

工業(yè)革命后的兩三百年，所有在能源方面的努力都是為了提升太陽能轉(zhuǎn)為服務(wù)人們生產(chǎn)生活的有用功轉(zhuǎn)換效率和提高能源載體的有效能量密度,。以前,、所有的研究者都只著眼于單個(gè)環(huán)節(jié)的。如提高光伏發(fā)電效率,、提高汽油發(fā)動(dòng)機(jī)熱效率,。未曾將從太陽能到有用功當(dāng)成一個(gè)系統(tǒng)研究。

晶硅,、薄膜,、鈣鈦礦結(jié)構(gòu)等等光伏技術(shù)，聚光光熱技術(shù),、鋰電池,、鋰硫固態(tài)、氟陰離子,、氫氧燃料等電池技術(shù)和新能源汽車,。研究者投入了巨大成本、大量的人力物力精力,。

但是,、研究人員未曾認(rèn)識(shí)到一個(gè)可怕的事實(shí)，那就是不管他們多么努力,，方向選擇錯(cuò)了,。即便他們的電池技術(shù)達(dá)到所有的理論上的最大值。他們研究出來的技術(shù)都會(huì)是曇花一現(xiàn),。

那么什么樣的技術(shù)方向才是正確呢,？且看下面分析。

1 氫能,？未來能源,？你有沒有搞錯(cuò)！

氫能作為一種能源載體,，被人誤認(rèn)為是未來的最佳能源,。這種錯(cuò)誤的想法源自兩個(gè)事實(shí)，一個(gè)是氫能量密度高達(dá)143MJ／KG,，另外一個(gè)氫的燃料電池理論效率高,，實(shí)際最高效率已達(dá)到80％。

論據(jù)是正確的,，結(jié)論卻錯(cuò)了,。氫氣如果是車載能源，將儲(chǔ)罐和氫氣當(dāng)成一個(gè)整體,，其能量密度遠(yuǎn)低于汽油,、甚至低過甲醇,。氫燃料電池的整體效率也不高。

1．1 常見能源載體的能量密度,。

我們先看看常見的氫氣儲(chǔ)存技術(shù),。

A． 高壓儲(chǔ)氫：氫質(zhì)量含量1～5．8wt％，壓力為35／45／70／90MPa,，目前已經(jīng)商業(yè)化,。對(duì)于氫能汽車中的高壓儲(chǔ)罐，一般有35Mpa和70Mpa兩種,，采用碳纖維復(fù)合材料組成鋁內(nèi)膽外面纏繞碳纖維材料。日本通過將減少碳纖維強(qiáng)化樹脂的用量,，使重量效率比原來提高了20％,，儲(chǔ)氫重量密度達(dá)到了5．7wt％。

B． 液化儲(chǔ)氫：氫質(zhì)量含量＞5wt％,，將純氫冷卻至－253℃儲(chǔ)存,，超低溫消耗能量大，成本高,，優(yōu)勢(shì)在于儲(chǔ)氫密度高,，多用于航天、軍工領(lǐng)域,。

C． 固態(tài)吸附儲(chǔ)氫：氫質(zhì)量含量5．3～9wt％,，使用以碳材料為主進(jìn)行物理儲(chǔ)氫，環(huán)境為77k,、4MPa,，納米碳材料儲(chǔ)氫性能好，還處于實(shí)驗(yàn)階段,。

D． 液態(tài)有機(jī)化合物儲(chǔ)氫：氫質(zhì)量含量6～8wt％,，常溫常壓，儲(chǔ)氫容量大,，目前還處于實(shí)驗(yàn)階段,。

E． 金屬氫化物儲(chǔ)氫：氫質(zhì)量含量1．4～3．6wt％，常溫常壓,，安全性好,，但是儲(chǔ)氫合金存在易粉化、能量衰減和變質(zhì),，目前還處于實(shí)驗(yàn)階段,。

F． 自然儲(chǔ)氫：包括水儲(chǔ)氫、甲醇儲(chǔ)氫等,。其中,，水儲(chǔ)氫的氫質(zhì)量含量為11．1wt％,，常溫常壓，能量比度高,，成本高,，以電解水制氫為主。甲醇儲(chǔ)氫的氫質(zhì)量含量為12．5wt％,，常溫常壓,，能量密度高，低成本,，大規(guī)模甲醇制氫技術(shù)早已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化,，微型化甲醇制氫技術(shù)已實(shí)現(xiàn)突破，商業(yè)化價(jià)值極高,。

上面的六種氫儲(chǔ)能方法中,，甲醇的儲(chǔ)氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)是最高的了。并且,，甲醇利用熱重整,、質(zhì)量占比12．5％的氫會(huì)成為氫單質(zhì)。而甲醇的能量密度是20MJ／KG,，經(jīng)過熱重整后得到的氫能量必定有損失,。

顯然，氫,，作為能源載體,。考慮儲(chǔ)罐后,，其整體能量密度不及汽油一半,，也低于甲醇。此外,，還要考慮氫能冷卻壓縮灌裝造成的能量損失,。氫氣的極度危險(xiǎn)性。

那么氫氧燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率高呢,？電池發(fā)電環(huán)節(jié),，氫能效率高，并不能彌補(bǔ)整體系統(tǒng)的能量效率,。借助“油井－車輪”（WTW）效率理念,。本文提出“STS”即solar to service。即太陽能轉(zhuǎn)換為服務(wù)人們生產(chǎn)生活的有用功,。STS的效率中,，氫能因?yàn)榻?jīng)過了太陽能發(fā)電、電解水,、燃料電池轉(zhuǎn)換電能,，這個(gè)中間多了一個(gè)氫形態(tài)的變換環(huán)節(jié),。其STS效率也低于光伏、更低于太陽能生產(chǎn)甲醇,，甲醇直燃,、內(nèi)燃、重整制氫的效率,。

由此可見,、那些錯(cuò)誤認(rèn)為氫能是終極能源并大規(guī)模投入的人最后可能賠的很慘。

2 什么才是未來能源,？

在所有非直接利用太陽能利用方式中太陽能光伏,、光熱的效率是最高的，電能,、熱能都是服務(wù)人們生產(chǎn)生活的有效形式,。基于STS的觀點(diǎn)，未來能源必定是最高效利用太陽能服務(wù)人們生產(chǎn)生活的能源方式,。當(dāng)然，作為太陽能在地球上的能量載體,，STS的評(píng)價(jià)至少包含經(jīng)濟(jì)價(jià)值,、能量密度、系統(tǒng)效率和適用場(chǎng)合等等方面的考慮,。

首先太陽能光伏是太陽能利用的方式的最優(yōu)方式,，但光伏不能解決儲(chǔ)能問題。

以生物質(zhì)為原料,、太陽能為能量來源,，利用碳?xì)溲踉貫闊醿?chǔ)能工質(zhì)儲(chǔ)能。并在夜晚發(fā)電,，生產(chǎn)甲醇,、二甲醚。而在甲醇,、二甲醚的使用端,。將太陽光聚光產(chǎn)生光熱溫度180～500℃的中低溫太陽能，重整甲醇,、二甲醚,、水、沼氣等組份,，得到氫氣,、一氧化碳供給直燃、內(nèi)燃機(jī),、燃料電池等方式利用,。這樣的太陽能利用方式和光伏發(fā)電方式將會(huì)是太陽能的終極利用方式,。這種太陽能利用方式簡(jiǎn)稱為太陽能利用LY系統(tǒng)。

2．1 LY太陽能利用系統(tǒng)

圖 1 太陽能利用lightyear系統(tǒng)圖示

太陽能利用LY系統(tǒng)所有的技術(shù)目前都有在使用。但不具備經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力,。當(dāng)前技術(shù)技術(shù)發(fā)生了兩個(gè)重大的轉(zhuǎn)變,，一個(gè)是太陽能光伏發(fā)電度電成本部分地區(qū)已經(jīng)低于火力發(fā)電、未來將會(huì)在全球大部分地區(qū)平價(jià)上網(wǎng),。另外一個(gè)轉(zhuǎn)變是,，新能源汽車的普及，而LY混動(dòng)車這個(gè)幾乎是零成本的發(fā)電平臺(tái)將會(huì)是最佳的新能源汽車路線,。新能源汽車即將普及前,，將LY混動(dòng)車做成主流。利用汽車的分散,，對(duì)應(yīng)太陽能的分散,、生物質(zhì)的短距離收集得到了單面面積的能量密度大幅度提升，而經(jīng)濟(jì)成本極低,。

隨著太陽能光伏,、光熱、和LY混動(dòng)車技術(shù)成熟,，效率提高,。太陽能LY系統(tǒng)的的光電、光熱轉(zhuǎn)換效率超過40％（理論值）,，即便實(shí)際只能達(dá)到10％,。即便地球表面積的十萬之一的面積被太陽能光伏、光熱有效利用,，收集到的太陽能有效服務(wù)人們生產(chǎn)生活的量也超過目前人類利用能源的十倍以上,。而生物質(zhì)的收集到的太陽能總量更大。如果生物質(zhì)在LY混動(dòng)車這個(gè)平臺(tái)上得到有效利用,，能源問題將從根本上得到解決（概算,，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算）。

當(dāng)然,，如果LY混動(dòng)車,、光伏低成本發(fā)電這兩個(gè)技術(shù)條件無法達(dá)到。太陽能利用LY系統(tǒng)也將無法實(shí)現(xiàn),。一旦LY混動(dòng)車普及,、光伏發(fā)電度電成本低于火電，太陽能利用LY系統(tǒng)就自發(fā)形成了,。