氫的爭論：白日夢還是顛覆者？

　　氫可能會徹底改變世界的能源生產(chǎn)、儲存和使用方式。人們已經(jīng)寫了很多關(guān)于它在交通運輸領(lǐng)域潛力的文章，特別是它可以幫助大型商業(yè)車輛、公共汽車，甚至火車和船舶實現(xiàn)氣候中立。它的優(yōu)勢是顯而易見的：氫燃料電池驅(qū)動的電動汽車噪音小，只排放水，里程數(shù)高，加氫速度快。

　　但如果這就是全部的話，汽車早就不再使用柴油或汽油了。Fraunhofer IZM的專家Stefan Wagner博士花了幾十年的時間研究燃料電池技術(shù)，他知道為什么氫是一種神奇的氣體，以及它如何有助于使電力系統(tǒng)更安全、更經(jīng)濟。

　　手機、照相機、軍用便攜式發(fā)電機、汽車燃料電池、室外氣象站——燃料電池已經(jīng)被嘗試用于許多設(shè)備。但它們很少能經(jīng)受住市場的考驗，因為以氫為動力的能源系統(tǒng)對大多數(shù)消費者來說仍然過于昂貴，而且氫對于大眾市場的汽車、電力電子產(chǎn)品或其他設(shè)備來說還不夠可靠。但這項技術(shù)有許多高調(diào)的支持者，尤其是在政客中，他們呼吁未來的能源不僅要便宜和耐用，更重要的是要對環(huán)境有利。Fraunhofer可靠性和微集成研究所的Stefan Wagner博士開始為他的論文研究燃料電池，他知道這些最緊迫的問題的答案。

　　燃料電池和電池——競爭對手還是伙伴？

　　S.Wagner：“兩者結(jié)合無疑是可行的。你的系統(tǒng)中不可能沒有電池，而只有一個純氫發(fā)動機。每個燃料電池都需要一個電池來提供所需的激活電流?，F(xiàn)在的問題是氫氣驅(qū)動系統(tǒng)重達幾百公斤，部分原因是因為包含電池。我們肯定可以縮小它們，因為我們需要減輕重量，使移動應(yīng)用，如汽車燃料電池，更安全、更可靠地運行。作為小型化和高度可靠系統(tǒng)的專家，我們可以幫助傳感器和執(zhí)行器制造商縮小他們的組件，同時使他們的系統(tǒng)更持久和有效，例如智能壓力傳感器，其他監(jiān)測系統(tǒng)，或創(chuàng)新的執(zhí)行器。”

　　歐盟氣候目標(biāo)：2050年實現(xiàn)碳中和？

　　Fraunhofer IZM的研究人員認為在這方面沒有技術(shù)障礙。問題是制造商以碳中和為目標(biāo)，還是利潤最大化。盡管得到了政界人士的大力支持，基于人們對該行業(yè)的真正興趣以及在該領(lǐng)域150多年的研究，氫技術(shù)卻常常被經(jīng)濟上更具吸引力的替代品所取代，比如普通電池。要扭轉(zhuǎn)這種進步和停滯的循環(huán)，就需要在氫能源生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)上采取切實行動。

　　Wagner博士說：“我們很高興Fraunhofer學(xué)會重新發(fā)現(xiàn)了氫，并讓我們探索這種氣體的前景及其許多應(yīng)用。目前，燃料電池系統(tǒng)的成本很高，但還沒有達到其應(yīng)有的安全、健壯和可靠程度。在目前的系統(tǒng)中，主動傳感器和執(zhí)行器相距太遠。將傳感器放置在堆棧上，可以幫助我們使系統(tǒng)更加可靠和耐用。”

　　有沒有更便宜的零排放替代品來取代氫？

　　Wagner博士解釋說，液氫在極低的溫度下保存可以產(chǎn)生異常高的能量密度，但也需要大量的努力才能讓系統(tǒng)在這種極端情況下運行。加壓氣態(tài)存儲是朝著正確的方向邁出的第一步，以使氫能應(yīng)用獲得更可持續(xù)的發(fā)展。但是氫氣加壓存儲仍落后于傳統(tǒng)的化石燃料來源，例如煤炭或天然氣，不僅在經(jīng)濟上，而且在靈活性上也是如此：傳統(tǒng)的發(fā)電機更多的情況下需要化石燃料。

　　同時，氫有著與太陽能、風(fēng)能相同的內(nèi)在問題：由于它們的不可預(yù)測性，所有這些能源都難以管理，因為風(fēng)力取決于天氣、而光伏發(fā)電依賴于陽光。為了避免這些可再生能源的短缺，需要擴大系統(tǒng)規(guī)模并接受潛在的生產(chǎn)過剩。Stefan Wagner博士的首選遠景目標(biāo)是將這三方相結(jié)合：風(fēng)能和太陽能提供常規(guī)需求，氫燃料電池將在需求達到峰值時接管，從而使每種技術(shù)都有機會實現(xiàn)其最大潛力，這就是電解和氫儲能解決方案的用武之地。

　　研究與實踐展望

　　Fraunhofer IZM是專門致力于可靠性和微集成的研究所，關(guān)注開發(fā)的組件不僅在微型化方面非常先進，而且在交通和運輸或發(fā)電方面為用戶提供安全、可靠和負擔(dān)得起的組件。這就是為什么Wagner博士的團隊正在尋找項目合作伙伴，他們同樣致力于天然氣發(fā)電過程的革命。他們正在調(diào)查健壯和可靠的傳感器和執(zhí)行器，以促進氫的應(yīng)用，例如開發(fā)新的氫氣濕度或壓力傳感器，整個傳感器網(wǎng)格或重要的壓力調(diào)節(jié)器，或?qū)﹄娫春涂刂齐娮釉O(shè)備進行設(shè)計和可靠性測試，其中防爆是一個令人擔(dān)憂的問題。他們還提供服務(wù)和專業(yè)知識，以在氫氣應(yīng)用和每個客戶的特定條件下，對控制器和燃料電池組件的可靠性和耐用性進行分析。從集成傳感器、改進的系統(tǒng)設(shè)計到工作系統(tǒng)的主動測試，F(xiàn)raunhofer IZM的服務(wù)涵蓋了該技術(shù)的整個生命周期。

　　雖然還有很多工作要做，但Wagner博士的團隊充滿活力，因為氫所能實現(xiàn)的零排放前景非?，F(xiàn)實。Stefan Wagner博士20年前開始研究燃料電池技術(shù)的潛力，最初是希望讓燃料電池成為驅(qū)動微型設(shè)備的游戲規(guī)則改變者。多年來，他開始在更大的范圍內(nèi)進行思考，他現(xiàn)在認為氫是捕獲和儲存風(fēng)能與太陽能的解決方案，從而獲得可靠的綠色電力。

　?。ㄔ膩碜裕篎raunhofer IZM 全球氫能網(wǎng)、中國新能源網(wǎng)綜合）