坐着氢气船环游地球

刘娉婷

可能你很早就听说过氢动力汽车，因为它排放出的不是类似汽油燃烧后的尾气，而是无污染的纯水。氢动力汽车也一度被科学家预言是未来汽车行业的核心技术之一，但工业上还没有研发出能够低成本提取氢气的方法，目前氢动力汽车的氢燃料电池的成本是普通汽油机的100倍。

而今年5月，50位来自法国CEA Liten实验室的工程师，驾驶着一艘名为“Energy Observer”、以氢气作为燃料的大船，开始了他们为期6年的环球之旅。他们计划访问50个国家，中途停靠101次，每年预计至少花费2999万元人民币—如同15世纪末到16世纪初哥伦布的4次远航，开辟了横渡大西洋到美洲的航路，这次航行也承载着某种开辟的使命。

船长Victorien Erussard有丰富的海上航行经验。“在海上航行时，我们会拥有大量的风能和光能，这些都是过剩的能源，我们不想浪费它们，而是会换种方式将它们继续存储在船上。”他说。

Energy Observer其实是耗时4年、由一艘赛艇改造的。它搭载的核心装置包括三块加起来面积达130平方米的光伏电池板、电解槽、氢燃料电池系统、两个风力涡轮机。除此之外，还配备了海水淡化系统、优化前进路线的海事路由、氢气压缩机、氢能储存器、可滿足短期能量需求的锂电池等多个辅助装置。

为了传递环保与舒适并不冲突的理念，船内的设计强调简约时尚感。室内用白色和绿色这种明亮色彩作为主色调，家具大部分都有多种用途，比如餐椅下是可以储物的柜子，整个空间布局紧凑而巧 妙。

要将氢气作为Energy Observer的驱动燃料，团队所面临的挑战就是如何利用海上现有的资源来获取氢气，达到“自力更生”的目的。我们平时使用的氢气95%是通过化石能源制造出来的。

其实整个过程听上去不是特别复杂，本质上是一个能量双向转换的过程。白天Energy Observer依靠太阳能和风能提供航行的动力，晚上则使用氢燃料电池。而氢气是通过电解海水得到的，电解过程中需要的电来自于船上的太阳能和风能。没错，整艘船并不是完全依靠氢燃料，而是采用混合动力，但都属于清洁能源。

在过去，人们认为氢只是一种大自然中存量丰富的化学元素，并没有将它作为能源来看待。在地球上，氢只存在极少量纯净状态下，通常会与其他元素结合在一起。例如氢在水中的质量分数为11%，石油、天然气、动植物体内也都含有氢。

自从科学界研制出氢弹后，氢气就变成了制造航天燃料和核武器的重要材料。氢气每单位质量燃烧释放出的能量是天然气的2.5倍，柴油的3倍。而并且氢的燃烧既不会产生二氧化碳，也不会产生颗粒物。

但氢气的获取是一个消耗能量的萃取过程。目前工业上提取氢气主要有两种方式。一种是用电解水产氢，依靠消耗煤炭的火力发电，在能量传递的过程中会有一定程度的损耗。还有一种方式是将煤、天然气或者重油等矿物作为原料来制取。这两种方式的共同缺点都是提取成本高、转化效率低，也都会排放出温室气体造成大气污染。而个人制氢也仅限于在实验室中用电解水设备获取少量的氢气，无法形成规模。

氢的储存也是一大障碍。因为氢的分子质量很低，在标准压力状态下会占据大量体积。同时氢分子体积极小，非常容易透出储藏装置的外壳逃逸。想要有效储存和运输，就需要通过装置压缩来减小氢气的体积。

所以，Energy Observer肩负的责任是通过使用氢气环球航行，向公众证明氢能够成为化石燃料的替代物，并且是可以携带着移动的。

Energy Observer采用的制氢方式也是电解水，不过是电解海水。但海水无法直接进入电解槽，因为海水中的盐分会腐蚀电解槽中的电极导致效率降低，因此海水先要进入淡化系统中处理。

电解槽的作用是通过能量耦合，打破水（H2O）的分子结构，将氧气（O2）释放到空气中，将氢气（H2）输入压缩机中。电解槽的装置包括电源、阴极和阳极两个电极。

电解槽的“开关”其实就是太阳能和风能。白天太阳能光板吸收阳光转化成电能，风力涡轮机同时具有发电的效果，能持续为电解槽提供电力，这是一个将电能转化成化学能的过程。电解槽中的淡水在阴极得到电子被还原成氧气，而水在阳极失去电子被氧化成氧气。根据方程式，2H2O=（通电）2H2↑+O2↑，生成的氢气大约是氧气的两倍。

到了夜晚，氢燃料电池系统就开始发挥作用。氢燃料电池与普通电池的区别在于，干电池或者蓄电池是一种储能装置，工作原理是先将电能贮存起来，等到需要时再释放出来。而氢燃料电池是一种发电装置，就像一座发电厂，是将化学能直接转化为电能的电化学发电装置。简单地说，就是通过电化学反应转化为电能，再通过电动机驱动机械运转，相比直接燃烧氢气更加可靠和安全，也不需要经过热能和机械能的中间转换。

氢燃料电池的基本原理是电解水的逆反应。将氢气和氧气分别供给阳极和阴极，氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后，释放出电子通过外部的负载到达阴极。这个过程中只产生水，不会对环境造成任何污 染。

如今，全球仍有12亿人口没能用上电，因为当地的条件无法满足现在的供电模式。在Erussard的预设中，如果这些人能够学会利用太阳能和风能自制氢气，可能会突破过去供电模式的局限性。

团队一边环游，一边在官网上更新日记。8月25日他们离开了法国的第三站圣马洛。他们利用车载流动实验模型，向当地居民和政府展示了他们的成果。

“我们要向全球各地展示可再生能源的潜力，将这项技术应用到旅店、汽车甚至是居民家中。这个想法应该不仅限于通过网络来传播。”Erussard说。他不确定普及过程需要多长时间，但就像从马车进化到汽车一样，这个突破会因为可再生能源再次发生。

从自然中汲取能量而又不破坏自然，是科学家们一直在努力的方向。看上去，Energy Observer并不仅仅是一种交通工具，它更像是一个传递能源可再生方式的平台。endprint