爱华网生命的源头——取之不尽的氢
我们都知道，2个氢原子与1个氧原子相结合便构成了一个水分子。氢气在氧气中易燃烧释放热量，然后氢便和氧结合并生成水。由于氢、氧结合不会产生CO2、SO2、烟尘等污染物，所以氢被看作是未来理想的洁净能源，有“未来石油”之称。也可用于燃料电池中，氢能和燃料电池技术将会彻底改变全球能源系统的发展方向。
氢是自然界最丰富的元素，它存在于淡水、海水之中，也存在于碳氢化合物和一切生命物质中。我们常说：“水是生命之源”，而水的源头便是氢，氢是“水之源”， 追本溯源，氢才是我们这个星球中一切生命的真正源头。地球表层三分之二的面积，都由水覆盖着、主宰着，而其中的三分之二都由氢构成。因此，氢能若能加以开发利用，对于我们人类而言，是取之不尽用之不竭的能源。所以，国内外对氢能的开发研究正方兴未艾，将其作为一个国家国计民生的重大战略措施来看待。可以这样说：氢能将是本世纪能源发展的一大方向。
现有制氢技术之弊
就目前而言，氢能作为“二次能源”，国际上的氢能制备来自于矿石燃料、生物质和水，工艺主要有电解制氢、热解制氢、光化制氢、放射能水解制氢、等离子电化学法制氢和生物制氢等。在这些方法中，除了生物制氢技术外。其它方法都是通过自然界中已经存在的碳氢化合物——天然气、煤、石油等一次能源中提取出来的，这种方法制取所得的氢，已经成为了二次能源，它不仅消耗掉了相当大的能量，而且所得效率相当低；并且在其制取过程还对环境产生了污染。
电解水制氢技术是目前应用较广且比较成熟的方法之一。以水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定的能量，则可使水分解成氢气和氧气。提供电能使水分解制得的氢气的效率一般在75％－85％。其中工艺过程比较简单，也不会产生污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。目前电解水的工艺、设备均在不断的改进，但电解水制氢能耗仍然很高。
烃类水蒸汽重整制氢。烃类水蒸汽重整制氢反应是强吸热反应，反应时需外部供热。热效率较低，反应温度较高，反应过程中水大量过量，能耗较高，造成资源的浪费。
重油氧化制氢重整方法，反应温度较高，制得的氢纯度低，也不利于能源的综合利用。
因此，用这些方式来制取氢，不仅要付出很高的制造成本，还要付出环境代价，而利用效率却相当低。假如用这种形式来满足我们对能量的需求，而仅仅为了达到在对能源的末端消费中避免污染，则无疑是舍近求远，得不偿失，是绝对不可取的，还不如直接利用这些化石能源的好。
国外制氢技术
为了寻求经济实用的制氢方法，各国科学家正在努力探索。近年来已经取得了一些进展。如：
1、用氧化亚铜做催化剂从水中制氢气。
2、用新型的钼的化合物从水中制氢气。
3、用光催化剂反应和超声波照射把水完全分解的方法。
4、陶瓷跟水反应制取氢气。
5、甲烷制氢气。
6、从微生物中提取的酶制氢气。
7、从细菌制取氢气。
8、用绿藻生产氢气。
（1）.用氧化亚铜做催化剂从水中制氢气
有研究人员将0.5克氧化亚铜粉末添加入200立方厘米的蒸馏水中，然后用一盏玻璃灯泡中发出的460纳米～650纳米的可见光进行照射，在氧化亚铜催化剂的作用下，水分解成氢和氧。用这种方法共进行了30次实验，从分解的水中得到了不同比例的氢和氧。试验中发现，如果得到的氧的压力增加到500帕斯卡，水的分解过程就减慢。氧化亚铜粉末的使用寿命可达1 900小时之久。东京技术研究所计划进一步研究如何提高氢的产生效率，同时研制能够在波长更长的可见光照射下发挥活性的催化剂，该研究所正在试验一种新的含铜铁合金的氧化物。
（2）、用新型的钼的化合物从水中制氢
西班牙瓦伦西亚大学的两位科学家发明了一种低成本的从水中制取氢的方法。他们对催化转化器进行改造，使水分解时仅需很少的成本。他们用一种从钼中获取的化学产品做催化剂，而不使用电能。他们说，如果用氢作原料，从半升水中制得的氢足以使一辆小汽车行驶633公里。
（3）、用光催化剂反应和超声波照射把水完全分解法制氢
有人发现二氧化钛经光（紫外线）照射可分解水的现象。他们本拟应用这一方法制氢，但由于氢和氧的生成量较少，在经济上不合算而中断了这一研究。据最近报道，当同时使用光催化剂反应和超声波照射的方法能够把水完全分解。这种“超声波光催化剂反应”所以能使水完全分解，是由于在超声波的作用下，水可被分解为氢和双氧水，而双氧水经光催化反应又可分解成氧和氢。不过超声波照射和二氧化钛光催化剂虽然获得了完全分解水的结果，但氢的生成量却较少。在添加二氧化锰后，再用超声波照射，二氧化锰分解后的锰离子可溶解到溶液中，使双氧水产生大量的氢。
（4）、陶瓷跟水反应制氢
有人在300 ℃下，使陶瓷跟水反应制得了氢。他们在氩和氮的气流中，将炭的镍铁氧体（CNF）加热到300℃，然后用注射针头向CNF上注水，使水跟热的CNF接触，就制得氢。由于在水分解后CNF又回到了非活性状态，因而铁氧体能反复使用。在每一次反应中，平均每克CNF能产生2立方厘米～3立方厘米的氢气。
（5）、甲烷制氢气
1.用镍铂稀土元素氧化物制氢
有人用镍铂稀土元素氧化物多孔催化剂，使甲烷、二氧化碳和水生成了氢气。催化剂中镍、稀土元素氧化物和铂的组成比例为10:65:0.5。其制备过程是，先将镍、稀土元素氧化物等原料加热熔解，然后导入氨气，使熔解物成为凝胶状，再进行干燥、热处理。这种催化剂微粒孔径为2纳米～100纳米，具有很高的催化活性。乾智行教授将该催化剂装进反应塔，然后加入二氧化碳、甲烷和水蒸气。结果，在常压及550 ℃～600 ℃条件下，生成物为氢气和一氧化碳，升温至650 ℃，其转化率为80%；温度为700 ℃时，转化率几乎达到100%。
2.用C60作催化剂从甲烷制氢
有人用C60作催化剂，从甲烷制得氢气。在现阶段，C60在高温条件下才能发挥功能，不能立刻达到实用，必须加以改良，制成在低温条件下也能工作的节能催化剂。他们开发的催化剂，是在碳粉里掺10%的C60。在加热到1 000 ℃的容器里，放入0.1克催化剂，以1分钟流入20毫升甲烷的速度作实验，结果90%的甲烷分解成氢和碳。C60用作催化剂，可用水洗净表面，除去附着的残存碳素，理论上可半永久使用。由于形状独特，粒子表面面积为活性炭的5倍到10倍，因而作催化剂用时功能较强。
（6）、用微生物提取酶制氢
1.葡萄糖脱氧酶。
美国橡树岑国家实验室从热原体乳酸菌中提取葡萄糖脱氧酶。热原体乳酸菌首先是在美国矿井中的低温干馏煤渣中发现的。葡糖脱氧酶在磷酸烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADP）的帮助下，能从葡萄糖中提取氢。在制取氢的过程中，NADP从葡萄糖中剥取一个氢原子，使剩余物质变成氢原子溶液。
2.氢化酶。
这种酶是从曾在海底火山口附近发现的一种微生物中提取的。氢化酶的作用是使NADP携载的氢原子结合成氢分子，而NADP还原为它原来的状态继续再次被利用。除美国发现这种酶外，俄罗斯的科学家也在湖沼里发现了这种微生物。他们把这种微生物放在适合于它生存的特殊器皿里，然后将微生物产出的氢气收集在氢气瓶里。
（7）、用细菌制取氢
1.许多原始的低等生物在其新陈代谢的过程中也可放出氢气。例如，许多细菌可在一定条件下放出氢气。日本已发现一种名为“红极毛杆菌”的细菌，就是制氢的能手。在玻璃器皿里，以淀粉作原料，掺入一些其他营养素制成培养液，就可以培养出这种细菌。每消耗5毫米淀粉营养液，就可以产生出25毫升的氢气。
2.美国宇航部门准备把一种光合细菌—红螺菌带到太空去，用它放出的氢气作为能源供航天器使用。
（8）、用绿藻生产氢
科学家们已发现一种新方法，使绿藻按要求生产氢气。美国伯克利加州大学科学家说，绿藻属于人类已知的最古老植物之一，通过进化形成了能生活在两个截然不同的环境中的本领。当绿藻生活在平常的空气和阳光中时，它像其他植物一样具有光合作用。光合作用利用阳光，水和二氧化碳生成氧气和植物维持生命所需要的化学物质。然而当绿藻缺少硫这种关键性的营养成分，并且被置于无氧环境中时，绿藻就会回到另一种生存方式中以便存活下来，在这种情况下，绿藻就会产生氢气。科学家介绍，1升绿藻培养液每小时可以产生出3毫升氢气，但研究人员认为，绿藻生产氢气的效率至少可以提高100倍。
我国生物制氢技术领先国际
生物制氢思路1966年提出，90年代受到空前重视。从90年代开始，德、日、美等一些发达国家成立了专门机构，制定了生物制氢发展计划，以期通过对生物制氢技术的基础性和应用性研究，在21世纪中叶实现工业化生产。但时至今日，研究进程并不理想，许多研究还都集中在细菌和酶固定化技术上，离工业化生产还有很大差距，迄今尚无一例中试结果。
而我国哈尔滨工业大学任南琪教授突破了生物制氢技术必须采用纯菌种和固定技术的局限，开创了利用非固定化菌种生产氢气的新途径，并在2000年首次实现了中试规模连续流长期持续产氢。在此基础上，他们又先后发现了产氢能力很高的乙醇发酵类型，发明了连续流生物制氢技术反应器，初步建立了生物产氢发酵理论，提出了最佳工程控制对策。该项技术和理论成果在中试研究中得到了充分验证：氢气产率比国外同类的小试研究高几十倍；开发的工业化生物制氢系统工艺运行稳定可靠，且生产成本明显低于目前广泛采用的水电解法制氢成本。该项研究在国内外首创并实现了中试规模连续非固定化菌种长期持续生物制氢技术，是生物制氢领域的一项重大突破。
世界首例生物制氢生产线在我国启动
由我国哈尔滨工业大学任南琪教授承担的国家“863”计划，“有机废水发酵法生物制氢技术生产性示范工程”，于2005年6月，已经在哈尔滨国际科技城——日产1200立方米氢气生产示范基地一次启动成功。该工艺具有运行稳定可靠、产氢能力大等优点。单台设备制氢规模可达500~1000m3/d，氢气纯度大于99.5%，生产成本低于目前广泛采用的水电解法。有机废水发酵法生物制氢技术是在现代生物技术、能源技术和环境保护技术等三大学科交叉的基础上开发成功，具有显著的环境效益、经济效益和社会效益，发展前景广阔。
早在1990年，任南琪教授就带领科研小组开展了有机废水发酵法生物制氢技术的研究，并在国际上率先开发出利用生物絮凝体以废水为原料的发酵法生物制氢技术，中试成果曾被评为“2000年中国十大科技进展新闻”。历经15年的不懈努力，终于将这一技术升级至工业化应用规模，并开发出成套设备，实现了实验室研究成果向现实生产力的转化。
我国的“有机废水发酵法生物制氢技术”，不仅取得了生物制氢的国际领先地位，这项技术的另一特点，就是可以利用“含碳水化合物的有机废水进行生物发酵”，能够直接用污水来生产清洁能源──氢气，对于我国的环境保护和新能源的开发利用，做到了一举两得、并驾齐驱。
笔者建议应尽快推广应用“有机废水发酵法生物制氢技术”，实现工业规模化生产，让这项领先世界的技术为国家经济建设作出它应有的贡献。希望有远见的企业家能够抢占先机，投身到这一前景广阔的事业中来，早日开拓，运用这项我国自主知识产权，去抢占国际市场。生物制氢——必将会是未来制氢的发展方向！
氢能，正在朝我们走来
——氢能驱动燃料电池船在我国面世
氢能，离我们还有多远？
2006年1月9日，国内第一艘以氢为能源的燃料电池船在上海海事大学问世。这一与国际研究同步的成果，零污染、低噪声。
氢能驱动燃料电池船以氢燃料电池产生电流，传导给电机为动力，直接驱动船体。根据实测，利用14立方米氢气，可使小艇以14公里时速连续航行5小时。
同时，集成在系统中的安全装置将随时监控舱内空气的含氢量，万一钢瓶泄漏，立刻蜂鸣报警。这艘船“吸入”的是氢气，“吐出”的是氢氧经过化学反应产生的“纯净水”。只要船上的排废管道洁净，这些“吐出”的水就可以直接饮用。随着氢生产、加氢等能源供应链日益完善，燃料电池船的成本将大幅下降。
燃料电池船在科学、工业领域有很大作用。科考船通过探测深海动态了解海底未知世界，可柴油发电机的噪声和振动往往会使探测数据不尽精确，低噪声的燃料电池驱动技术则可避免这个问题。在专运液化天然气的LNG船上应用该技术，则更加安全、环保。
氢能，正在朝我们走来，让我们张开双臂，迎接他的到来吧！
