摘要：

A. 氫、因其能量密度高，而被人們誤認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. 除地熱、核能外，人類能利用的能源都是太陽能。在科學理論、科技發(fā)展達到一定高度的今天，太陽能的終極利用方案已經有條件形成。

關鍵詞：氫能；能源載體；太陽能終極利用方案。

0 背景說明

能源問題是當前人類迫切需要解決的難題。不只是為了解決溫室效應，降低能源成本，更重要的是在信息技術、智能自動化制造技術的幫助下，已經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為服務人們生產生活的有用功轉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環(huán)節(jié)的。如提高光伏發(fā)電效率、提高汽油發(fā)動機熱效率。未曾將從太陽能到有用功當成一個系統(tǒng)研究。

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

但是、研究人員未曾認識到一個可怕的事實，那就是不管他們多么努力，方向選擇錯了。即便他們的電池技術達到所有的理論上的最大值。他們研究出來的技術都會是曇花一現(xiàn)。

那么什么樣的技術方向才是正確呢？且看下面分析。

1 氫能？未來能源？你有沒有搞錯！

氫能作為一種能源載體，被人誤認為是未來的最佳能源。這種錯誤的想法源自兩個事實，一個是氫能量密度高達143MJ/KG，另外一個氫的燃料電池理論效率高，實際最高效率已達到80%。

論據是正確的，結論卻錯了。氫氣如果是車載能源，將儲罐和氫氣當成一個整體，其能量密度遠低于汽油、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存技術。

A. 高壓儲氫：氫質量含量1~5.8wt%，壓力為35/45/70/90MPa，目前已經商業(yè)化。對于氫能汽車中的高壓儲罐，一般有35Mpa和70Mpa兩種，采用碳纖維復合材料組成鋁內膽外面纏繞碳纖維材料。日本通過將減少碳纖維強化樹脂的用量，使重量效率比原來提高了20%,儲氫重量密度達到了5.7wt%。

B. 液化儲氫：氫質量含量>5wt%，將純氫冷卻至-253℃儲存，超低溫消耗能量大，成本高，優(yōu)勢在于儲氫密度高，多用于航天、軍工領域。

C. 固態(tài)吸附儲氫：氫質量含量5.3～9wt%，使用以碳材料為主進行物理儲氫，環(huán)境為77k、4MPa，納米碳材料儲氫性能好，還處于實驗階段。

D. 液態(tài)有機化合物儲氫：氫質量含量6～8wt%，常溫常壓，儲氫容量大，目前還處于實驗階段。

E. 金屬氫化物儲氫：氫質量含量1.4～3.6wt%，常溫常壓，安全性好，但是儲氫合金存在易粉化、能量衰減和變質，目前還處于實驗階段。

F. 自然儲氫：包括水儲氫、甲醇儲氫等。其中，水儲氫的氫質量含量為11.1wt%，常溫常壓，能量比度高，成本高，以電解水制氫為主。甲醇儲氫的氫質量含量為12.5wt%，常溫常壓，能量密度高，低成本，大規(guī)模甲醇制氫技術早已實現(xiàn)商業(yè)化，微型化甲醇制氫技術已實現(xiàn)突破，商業(yè)化價值極高。

上面的六種氫儲能方法中，甲醇的儲氫質量分數(shù)是最高的了。并且，甲醇利用熱重整、質量占比12.5%的氫會成為氫單質。而甲醇的能量密度是20MJ/KG,經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?？紤]儲罐后，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。氫氣的極度危險性。

那么氫氧燃料電池的能量轉換效率高呢？電池發(fā)電環(huán)節(jié)，氫能效率高，并不能彌補整體系統(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。即太陽能轉換為服務人們生產生活的有用功。STS的效率中，氫能因為經過了太陽能發(fā)電、電解水、燃料電池轉換電能，這個中間多了一個氫形態(tài)的變換環(huán)節(jié)。其STS效率也低于光伏、更低于太陽能生產甲醇，甲醇直燃、內燃、重整制氫的效率。

由此可見、那些錯誤認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、熱能都是服務人們生產生活的有效形式。基于STS的觀點，未來能源必定是最高效利用太陽能服務人們生產生活的能源方式。當然，作為太陽能在地球上的能量載體，STS的評價至少包含經濟價值、能量密度、系統(tǒng)效率和適用場合等等方面的考慮。

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

以生物質為原料、太陽能為能量來源，利用碳氫氧元素為熱儲能工質儲能。并在夜晚發(fā)電，生產甲醇、二甲醚。而在甲醇、二甲醚的使用端。將太陽光聚光產生光熱溫度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、內燃機、燃料電池等方式利用。這樣的太陽能利用方式和光伏發(fā)電方式將會是太陽能的終極利用方式。這種太陽能利用方式簡稱為太陽能利用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)所有的技術目前都有在使用。但不具備經濟競爭力。當前技術技術發(fā)生了兩個重大的轉變，一個是太陽能光伏發(fā)電度電成本部分地區(qū)已經低于火力發(fā)電、未來將會在全球大部分地區(qū)平價上網。另外一個轉變是，新能源汽車的普及，而LY混動車這個幾乎是零成本的發(fā)電平臺將會是最佳的新能源汽車路線。新能源汽車即將普及前，將LY混動車做成主流。利用汽車的分散，對應太陽能的分散、生物質的短距離收集得到了單面面積的能量密度大幅度提升，而經濟成本極低。

隨著太陽能光伏、光熱、和LY混動車技術成熟，效率提高。太陽能LY系統(tǒng)的的光電、光熱轉換效率超過40%（理論值），即便實際只能達到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人們生產生活的量也超過目前人類利用能源的十倍以上。而生物質的收集到的太陽能總量更大。如果生物質在LY混動車這個平臺上得到有效利用，能源問題將從根本上得到解決（概算，缺乏嚴謹?shù)挠嬎悖?/p>

當然，如果LY混動車、光伏低成本發(fā)電這兩個技術條件無法達到。太陽能利用LY系統(tǒng)也將無法實現(xiàn)。一旦LY混動車普及、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。

3 結論

氫能不是終極能源。太陽能利用LY系統(tǒng)才是終極能源解決方案。

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