張雷:關於氫,我們能看到多遠的歷史,我們就能看到多遠的未來!
各位嘉賓大家上午好!
今天我們在談氫能的未來,但是恰恰氫能卻不是未來的能源。
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氫能,其實是宇宙中最古老的能源。當我們在思考未來氫能利用的時候,或許我們可以從自然怎麼使用氫能,感受到氫能使用的靈感。
爲什麼這麼說?此時此刻我們正在享用着氫能,不管是燃油車的電力驅動,還是煤電廠的電力,或者是風電和光伏。大家想,這一切不是來自於太陽能嗎?
再思考一步,太陽能的背後,恰恰就是在我們頭頂上方此時此刻正在發生的核聚變。在太陽1500萬度高溫高壓下,氫原子正在不斷地劇變成氦原子,同時釋放出巨大的能量。而氦原子在不斷產生二次劇變,產生碳、氮、氧等常量元素。隨着恆星的爆發,巨大的能量場進一步會產生更多的重量元素。
所以,今天看到的氫其實是宇宙之初、萬物之始,是一切能量本質的來源,宇宙中90%的元素恰恰來自於氫元素。
有哲學家講過:“能看到多遠的歷史,就能看到多遠的未來”。如果我們已經理解氫的應用過程,那恰恰是對於氫的未來探索非常有意義。
氫作爲最活躍的元素,它在地面開始之初是以水的形式存在,因爲過度活躍的氫只能以水的形式才能做最大的保留,但是氫正在發生一場前所未有的遷移。
在高溫高壓早期地表的溫度下,因爲太陽能的作用,氫、氮氣、二氧化碳和水不斷合成,終於使海洋成爲一種富含氨基酸的有機物質。而氨基酸物質最終進化成蛋白質,變成真核生物,也就是今天講的藍藻。
藍色細菌恰恰是一切改變的開始,也是新命運改變的開始。藍藻通過光合作用,讓氫不斷從水中離開,走向它天然註定的生命伴侶——碳,碳氫的組合成爲地球中通過植物的光合作用,源源不斷地獲取儲存太陽能的最佳形式。所以到今天當我們思考儲氫的時候,是不是可以從中看到新的儲存。
碳氫鍵也是自然界中探索出來一種最有效、最安全、高能的氫的儲存形式。而這個碳氫鍵的形成,最終形成了煤、石油、天然氣,這一切就是碳氫鍵的合成。而這個合成,成爲了今天我們驅動的來源。因爲這裡麪包含了豐富的能量,也是成爲工業文明所需要的高能的材料。
隨着碳氫化合物的不斷進化、分化,碳和氫又走向了一個分離的過程——二氧化碳不斷地排入到了大氣。因爲我們過去是在使用歷史中的碳氫化合物(化石能源),而這個過程,使空氣中的二氧化碳濃度從工業革命前的280ppm上升到今天的420ppm。
在歷史上,上一次自然界二氧化碳濃度達到420ppm,是300萬年以前。大家要知道那時候地表溫度比今天高2攝氏度,海平面的高度比今天高30米。所以說,這一切都會到來。因爲二氧化碳的濃度已經達到了這樣高的水平。
在未來的30年,在我們實現碳中和的過程中,這個濃度還會不斷提升。這就是爲什麼說極端的氣候,只會變得越來越極端。在這樣的一個背景下,我們必須思考新的碳氫循環。也就是說,如何不讓地下的碳元素成爲空氣中的碳元素的增量。那也就意味着,我們必須有效使用地表的碳源和海洋中的碳源。而這樣一個新的循環,也就是我們說的碳中和。
碳中和,也就意味着我們的燃料、我們的材料,正在從石油基、煤基轉向生物材料、生物燃料,這個過程也就意味着另外一變化正在發生。
因爲,如果我們要把生物的碳有效運用,我們需要一場新的技術——生物合成技術。生物合成是氫能最相關的技術之一,一個非常關鍵、正在崛起的技術,也是榆林未來可以更加探索、更加增長的科技方向之一。
但是,氫能在這個生物合成中,要扮演什麼樣的角色?大家都知道,石油的碳氫比是1:1.7左右。當我們使用高能度的燃料和聚合材料的時候,碳氫比是1:2到1:3之間。這意味着今天的碳水化合物來自於自然界的生物碳,必須給它匹配更多的氫,才能扮演起生物材料這樣一個重要的使命。也就意味着——氫是碳中和經濟的關鍵所在。
當加了氫之後,我們的材料纔會更加有效。即使回到煤化工,煤化工作爲石油化工的過渡產品,我們發現綠氫在榆林也是煤化工的必然之路。因爲煤炭中的碳氫比是1:0.7。如果要達到更高比例的燃料和材料的碳氫比,必須要更多的綠氫,而這樣的氫不可能從煤化工中取得。因爲它的過程中得了氫,但也產生了碳,這樣的氫必須來自於水,來自於可再生能源。
所以,人類可以向大自然學習光合作用,下一場革命自然發生,就是人造光合作用,人造光合作用就是通過可再生能源獲得可再生電力。讓水中分離出氫和氧,讓氫和碳通過生物合成技術,通過來自於生物基的秸稈、玉米、能源類植物,包括畜牧業的排泄物,來不斷合成新的生物材料和新的生物燃料。這場新的人造光合作用,將會是未來世界重要的技術革命。
整場故事講完,大家會發現,如果我們離開了碳來談氫,那麼一切的工作將變得毫無意義。
碳和氫的結合,是一種能量的結合,而碳和氫的分離,既產生了能量,但又讓碳回到空氣。
這樣一種結合有天然的註定。因爲這是生命、這是有機物、這是文明所必須的基礎材料。我們能做到的是,讓碳和氫這對戀人,讓他們可以今生今世相愛,今生今世的分開和老去,而不是讓億萬年以前的戀人,又回到世界和空氣中。
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