杨纪珂专栏

South-North Institute for Sustainable Development

“天恒”寓天地长久，欲恒，则需可持续发展。

个人简介

杨纪珂教授，天恒研究所所长，杨先生曾任全国人大常委环境资源保护委员会副主任，中国能源研究会理事长，曾任全国政协常委、人口资源委员会副主任，中国能源研究会名誉理事长。曾留学美国，先后在中国科学院、中国科技大学工作，曾作为中国政府代表团科学顾问出席联合国环境与发展大会与亚太环境与发展会议，是中国环境保护及农村能源事业发展早期的推动者之一。如今杨先生虽已逾古稀之龄，仍孜孜不倦地关注着中国的环境与发展。

技术的新旧交替

    新陈代谢，优胜劣汰，不但是自然界进化的必然现象，也是技术界进步的基本历程。
自然界从8亿年前古生代寒武纪在地球上有生命以来，不会停留在三叶虫一类的海洋动物，而是持续不断地进化，到4亿年前出现了登上陆地的两栖类动物，到1亿年以前恐龙主宰了地球。动物进化的历程也没有使恐龙时代停滞不前，到300万年以前出现了直立行走的猿人，成为现代人类的最早远祖。

     技术界从10万年前旧石器期人类开始刀耕火种以来，不会停留在只使用人力的原始技术，而是持续不断地进步，到19世纪发明了以煤为燃料的蒸汽机，到20世纪的交通工具则以石油的制品为燃料。技术进步的历程也没有使石油时代停滞不前，到现在以氢为原料的燃料电池已脱颖而出，成为下世纪最有希望的动力之源。
我想在这里把这种作为新的动力之源的氢燃料电池简单地介绍给大家。

     氢燃料电池并不像普通的干电池或蓄电池那样需充电后再放电，而是以氢气为原料的发电装置。它的发电原理非常特殊。在化学元素中，只有氢的每个原子含有最少量的电子和质子各一个。电子带负电荷，质子带正电荷。如果设法把电子和质子分解，就产生电压，用导体通过外面的负载，就产生电流。氢燃料电池就是根据氢原子的这个特性制成的。它的发电原理因此刚好与电解水的反应相反。水的电解是电流把水中的氢和氧分解成为氢气和氧气，燃料电池则是把氢气和空气中的氧气变成电流和水。

     氢燃料电池可大可小，其基本组成单元就是燃料电池块。每个电池块都是由好多燃料电池片叠加串联而成。每片燃料电池片是由中间夹了质子交换膜（PEM）的极板组成。PEM的微孔及其催化作用使其一旁的氢以带电的质子状态通过它而和另一旁的空气中的氧形成电流和水输出去。这样的发电作用并不燃烧也并不升温。因此，PEM是燃料电池的核心部件，它的研制和开发是关键，成为高技术的先驱。PEM的催化剂现在用的是铂黑，也就是微细粉末的白金，所以价值昂贵，科学家们正在全力研制价廉的代用催化剂，它们的问世不会太久了。

     虽然早在六十年代中，氢燃料电池就已经成功地使用于航天技术，但因成本过高，不能进入市场。到七十年代后，随着更为先进的而且经济的制氢和用氢技术，氢燃料电池才有可能用作为交通工具和和发电设备的动力源。它跟普通电源一样，只消跟家用电器联上，就可以继续使用，为千家万户提供电能。氢燃料电池是以不污染环境的氢为原料。用它作为汽车或楼宇的电源，城市的卫生环境就会大大改善。因为从它产生的废弃物只有纯净的水，不产生二氧化碳和一氧化碳，也没有氮的氧化物。

     氢燃料电池的能源转换率高达60-80%，而且几乎没有噪声，没有高温，装置又是可大可小，小到一间房间，大到一个城市，都没有问题。所以就不像传统的大型电站那样必须大型化，还必须把所发的电送经电网，然后进行分配给用户。所以就不用修建昂贵的输变电路，并节省了像传统的火力发电那样有多于70%的能源要消耗在锅炉和燃气轮机等庞大设备和长距离输变电路之中，而且不会产生大量的污染性物质，也不消耗大量的水资源。

     至于氢气的储藏和运送，也已经有了高科技的发明和发展。目前最受欢迎的贮氢技术是用一种含有多种元素的锆钛合金来吸附氢气，形成金属的氢化物。吸附了氢的合金在一定的温度下可以重新释放出氢气。这样，原本是气体的氢就可以在这种合金中以固体的状态安全地储藏和运输了。这类贮氢合金也正在日新月异地向吸附本领越来越高的境界进展。

     随着氢技术的发展，氢燃料电池的成本迟早会降低到能够进入家庭和工厂。到那时，氢燃料电池将取代现在大部分的传统发电机。预期到下个世纪中叶，全球的石油资源趋于枯竭之时，以氢能源为原料的燃料电池很有可能成为主要的清洁电源。

     至于氢气的来源，可以通过水能或火能的清洁转换获得，技术都是现成的。我国有世界上最丰富的水能资源和煤炭资源，足以生产全国所需要的氢气而有余。

     因此，这项会掀起21世纪动力技术革命的产业，有可能成为整个世纪环保产业中的最大产业！

     再看看不久前刊登在美国《纽约时报》上以《燃料电池-21世纪汽车新动力》为题的文章，摘译之如下：

     "早在150年以前，西方的科学家就提出了用燃料电池作为电源的设想，并且做出了样品。80年代中期后，燃料电池的开发全面进入汽车领域，90年代的前几年，各国汽车商发展燃料电池汽车由实验室进入半商业化应用。

    "据一项调查，过去10年西方汽车商在研究开发燃料电池中的投资高达80亿美元，其中80%用于开发车用燃料电池。预计，未来5年，西方在该领域的投入至少还将增加40亿美元。燃料电池汽车大有同近几年呼声很高的蓄电池电动汽车一比高低之势。

     "美国三大汽车商发展燃料电池汽车已有10年历史。克莱斯勒公司宣称：其燃料电池汽车将于2005年前后规模化生产。福特汽车公司将与德国的奔驰公司和加拿大的动力系统合作，投资5亿美元，力争2004年以前使燃料电池汽车投放市场。美国公司使用的从汽油中提取氢并供燃料电池使用的技术，其能源效率可比内燃机提高一倍，碳排放量不到内燃机的30%，形成的污染仅为内燃机的5%。

    "欧洲已有5家汽车商在研制燃料电池汽车。奔驰公司已试验了多种燃料，包括成本较轻的甲醇。奔驰公司希望赶在美、日的前面将燃料电池汽车投放市场。目前已有公交型和小型商用燃料电池汽车进入半商业性试验。
"法国的雷诺公司已研制成功远程燃料电动汽车。据称：这种汽车靠低温下储存的液态氢来生产电力，可持续行驶500公里。雷诺公司计划2000年少量生产，2002年达到商业化生产水平。

     "日本于80年代初开始发展燃料电池。1996年10月，丰田汽车公司宣称研制成功以氢为燃料的车用燃料电池，计划在2000年以前使这种燃料电池汽车实用化，并将每辆车的成本降至100万日元以下。

     "此外，韩国、墨西哥、巴西等国也引进了西方的燃料电池技术。韩国的现代公司宣称已研制成功氢气燃料电池汽车，并拟在北美寻找合作生产伙伴。墨西哥则希望利用其地理优势，力争吸收美国汽车商在该国建立燃料电池汽车生产基地。

     "除汽车外，燃料电池的应用范围正在不断扩大到相关的新产业。据预测，本世纪末全世界用燃料电池的市场规模可达60亿美元，而到下世纪初可激增至200亿美元以上。据美国能源部官员估计，如果美国大规模普及燃料电池汽车，每年可节省进口石油的费用120亿美元，同时大大改善环境质量。"

     所以说，技术进步的历程却没有使石油时代停滞不前，到下个世纪，很可能从石油时代进步到燃料电池时代。

     然而，正当发达国家试制燃料汽车如火似荼的同时，上海却引来了美国通用汽车公司的夕阳产品─别克牌汽车连同它的夕阳技术。看来，美国人很希望中国的动力技术到下个世纪一直停滞下去。而我国衮衮诸公，也确实因别克车的引进而沾沾自喜。这已经由我国传媒对别克汽车投产的剪彩典礼盛况作了充分报道，不需要再来重复了。

     两两相比，如何使技术的新旧交替健康发展，值得技术界和经济界的深思！

2003-09-01 13:14

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