隨著全球低碳經(jīng)濟(jì)的熱起，氫能一度成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，因為氫能清潔高效、來源廣泛，可以從石化、核能、可再生能源中制取，有利于擺脫對化石燃料的依賴。另外，作為燃料，氫能可以在傳統(tǒng)的燃燒設(shè)備中進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，與現(xiàn)有能源系統(tǒng)兼容，受青睞程度很高。有不少專家認(rèn)為，氫能將成為本世紀(jì)新能源舞臺上的希望之星。目前來看，制約氫能發(fā)展的最大問題就是如何大規(guī)模、低成本地獲取這種能源。
近日，麻省理工學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)副主任張曙光及相關(guān)研究人員在海藻等水性微生物上找到了這一問題的解決途徑。
新型制氫法助推高產(chǎn)量
許多種藻類、藍(lán)藻細(xì)菌及水生物都可以通過吸收太陽光中的能量來分解水分子，從而釋放氫，對能源領(lǐng)域而言，這將意味著零碳排的能源生產(chǎn)過程。這一過程尚未用于燃料生產(chǎn)的原因主要是在通常情況下，生物體可以通過除此之外的其他方式來保證機(jī)體生長，因此氫能就不能正常產(chǎn)生。
張曙光及博士后雅克比及以色列特拉維夫大學(xué)的同事和科羅拉多美國國家可再生能源實驗室日前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，人們可以通過利用生物工程制成的蛋白質(zhì)來使生物體優(yōu)先選擇這種營養(yǎng)吸收方式，從而產(chǎn)生更多的氫能。
雅克比表示：“海藻的確沒有興趣生產(chǎn)氫能，因為它們想產(chǎn)生糖類，因為糖類才是它們維持生存的必須物質(zhì)，而氫能只算得上副產(chǎn)物。但是通過向海藻生存的環(huán)境中加入指定酶，海藻所產(chǎn)生的糖量得到抑制，從而轉(zhuǎn)向氫能的生產(chǎn)。”據(jù)悉，目前這一研究已經(jīng)在美國國家科學(xué)院的期刊上發(fā)表，該文章還得到歐洲生物學(xué)組織的支持。
麻省理工學(xué)院這一研究第一次闡釋了海藻怎樣同時進(jìn)行這兩個過程，同時，這一過程也闡釋了在加入指定酶后，在試驗過程中，氫能所產(chǎn)生的整個過程。通過加入指定酶，海藻所產(chǎn)生的氫能總量上漲了4倍。雅克比表示，海藻所產(chǎn)生的糖類得以限制，但并不是停止生產(chǎn)，因為如果這一過程停止，海藻就無法生存。
新技術(shù)有望大規(guī)模發(fā)展
研究人員表示，最終，通過水和陽光來生產(chǎn)氫能的模式將得到大規(guī)模開發(fā)。氫能可以通過燃料電池的形式直接發(fā)電或者驅(qū)動汽車，或者可以通過與二氧化碳結(jié)合生成甲烷或者其他的清潔燃料，從而減少碳排放。張曙光和雅克比計劃對此開展進(jìn)一步研究以提高氫能的生產(chǎn)效率。張曙光表示：“這一過程產(chǎn)業(yè)化的可能非常大。首先，你必須懂科學(xué)，即要懂得這一過程所產(chǎn)生的實用價值，從而對氫燃料的生產(chǎn)進(jìn)行商業(yè)規(guī)模的發(fā)展。這只是時間和金錢的問題。”據(jù)悉，現(xiàn)有工業(yè)制氫技術(shù)主要是化石燃料制氫和電解水制氫，分別利用了化學(xué)能和電能，其消耗巨大，讓制氫成本陡增，這一度讓工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)氫作為能源的希望變得渺茫。
雅克比表示：“長期來看，發(fā)展可再生能源唯一可行的途徑就是依靠太陽或者通過生化反應(yīng)來制造氫能。具體如何操作，我相信沒有唯一的答案，不同的地點(diǎn)和不同的終端用戶群將產(chǎn)生不同的方法。通過指定酶來生產(chǎn)氫能的方式在高度工業(yè)化國家及發(fā)展中國家都可以得到大規(guī)模發(fā)展，氫能的成本也因此有望下降。這一過程所需的海藻在地球的任何角落都能找到，而且整個過程不存在有害物質(zhì)。這一過程的最大優(yōu)點(diǎn)就在于它的簡單。
未來，隨著制氫技術(shù)的發(fā)展和化石能源的減少，氫能利用遲早將進(jìn)入家庭，首先是發(fā)達(dá)的大城市，它可以像輸送城市煤氣一樣，通過氫氣管道送往千家萬戶。
全球大規(guī)模發(fā)展氫能
世界各國都在加快氫能的開發(fā)和利用。國外氫能的發(fā)展不再單純停留在技術(shù)領(lǐng)域，已產(chǎn)生了“氫能經(jīng)濟(jì)”新經(jīng)濟(jì)模式的理念。如美國對氫能技術(shù)非常重視，雖然目前仍處于示范階段，但其氫能的技術(shù)條件已經(jīng)成熟。有專家預(yù)測，美國燃料電池汽車、氫能生產(chǎn)和加氫基礎(chǔ)設(shè)施的商業(yè)化可望在2015年之前實現(xiàn)。按照美國氫能技術(shù)路線圖，到2040年美國將走進(jìn)“氫能經(jīng)濟(jì)”時代。在這一階段氫能將最終取代化石能源成為市場上最廣泛使用的終端能源。另外，美國也出臺相關(guān)政策予以支持，美國能源部曾提出《向氫經(jīng)濟(jì)過渡的2030年遠(yuǎn)景展望報告》，美國能源部正實施“自由汽車計劃”和“氫燃料導(dǎo)入計劃”，以支持氫能和燃料電池及燃料電動車的研發(fā)與示范。
近5年來，日本產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)省平均每年投入約2.7億美元用于燃料電池相關(guān)項目研究。目前，日本正通過開展燃料電池汽車的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、法規(guī)、認(rèn)證制訂工作，扎實推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化。
另外，加拿大和巴西也都希望利用廉價水電推廣氫能；人口僅28萬的冰島早在10年前就提出，到2030年讓全部機(jī)動車和漁船使用氫燃料電池，此外冰島還成立了由汽車制造商和電力公司組成的新能源聯(lián)盟，以推進(jìn)新能源的利用。
據(jù)美國氫氣協(xié)會分析，氫燃料汽車正在加快推向商業(yè)化。但由于目前制氫成本大約為汽油成本的2到4倍，且氫氣的大量生產(chǎn)需要能源和基礎(chǔ)設(shè)施，因此成為主導(dǎo)燃料仍存在許多問題。有專家認(rèn)為，在2015到2020年期間，制氫成本將與汽油成本相當(dāng)，這將主要取決于燃料電池汽車的推廣和使用。如果投入批量化生產(chǎn)，預(yù)計到2015年，燃料電池汽車的生產(chǎn)成本將僅比傳統(tǒng)汽車高20％。
