這世上，沒有無緣無故的「水變氫」

日前，水氫發動機的出現引發人們熱議，那麼，這聽起來「很高端」的氫為何物？水氫發動機又是怎麼一回事？

氫氣是（H2）一種無色、無臭、無味、世界上已知密度最小的氣體。它雖然個頭小，本領卻很大，不僅是現代石油化工等行業的重要原料，也是燃料電池等未來新能源技術的理想燃料。可以說以氫氣為載體的「氫能經濟」是未來理想的經濟結構模式，氫能也因此被稱為人類的終極能源。

在工業領域，氫氣可通過煤、石油、天然氣等化石資源的轉化來獲得。比如，水蒸氣與熾熱的煤炭可發生反應生產氫氣；水蒸氣通過重整反應可與一氧化碳反應製備氫氣；甲醇通過水蒸氣重整反應也可獲得氫氣。此外，氫氣還可以通過水的電催化分解反應、氨氣的分解反應、活潑金屬與水反應等多種途徑來實現。

上面提到的很多制氫反應都涉及把水中的氫提取出來的過程，可以說水就是一個存儲氫的大「倉庫」。

但萬物皆有因，萬般皆有果，氫不會自發的從水中自己走出來，而是需要從外部輸入能量把氫從水這個「倉庫」中給「運」出來。

因此「水變氫」的實質就是將其他形式的能源轉化存儲為氫能（圖1）。比如上面提到的採用化石資源製備氫氣的過程就是利用化石資源中存儲的能源製備氫氣的過程。但化石資源的消耗不可持續，而且造成環境污染、氣候變暖的問題。因此，採用可再生能源將水分解制氫將是更為理想的制氫途徑。

圖1 水變氫的實質是將其他形式的能源轉化存儲為氫能。

以太陽能為例，可通過太陽能電池將太陽能轉化為電能，然後在電催化劑的作用下在電催化水分解裝置中將水分解為氫氣和氧氣（圖2）。

這種電催化分解水制氫方法的用電成本大概為每立方米氫氣消耗4-5度電（由實際電價決定），目前其制氫成本高於化石資源生產氫氣的成本。

但不論成本如何，把水變成氫都需要從外部輸入能量，無論能量以光、熱或是電的形式輸入。

從目前關於水氫發動機的報道中，有人猜測該公司生產的「水氫發動機」是一種不需要輸入能量即可源源不斷地將水變成氫氣的機器。假如「水氫發動機」真的存在，能源將不再成為制約人類可持續發展的問題。

但熱力學第一定律告訴我們，能夠無中生有、源源不斷提供能量的機器是不存在的，即第一類永動機是不可能造成的。違背這個適用於宏觀世界和微觀世界所有體系的普適定律必將是不可實現的。

來源：中國科學院大連化學物理研究所

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