这世上，没有无缘无故的“水变氢”

日前，水氢发动机的出现引发人们热议，那么，这听起来“很高端”的氢为何物？水氢发动机又是怎么一回事？

氢气是（H₂）一种无色、无臭、无味、世界上已知密度最小的气体。它虽然个头小，本领却很大，不仅是现代石油化工等行业的重要原料，也是燃料电池等未来新能源技术的理想燃料。可以说以氢气为载体的“氢能经济”是未来理想的经济结构模式，氢能也因此被称为人类的终极能源。

在工业领域，氢气可通过煤、石油、天然气等化石资源的转化来获得。比如，水蒸气与炽热的煤炭可发生反应生产氢气；水蒸气通过重整反应可与一氧化碳反应制备氢气；甲醇通过水蒸气重整反应也可获得氢气。此外，氢气还可以通过水的电催化分解反应、氨气的分解反应、活泼金属与水反应等多种途径来实现。

上面提到的很多制氢反应都涉及把水中的氢提取出来的过程，可以说水就是一个存储氢的大“仓库”。

但万物皆有因，万般皆有果，氢不会自发的从水中自己走出来，而是需要从外部输入能量把氢从水这个“仓库”中给“运”出来。

因此“水变氢”的实质就是将其他形式的能源转化存储为氢能（图1）。比如上面提到的采用化石资源制备氢气的过程就是利用化石资源中存储的能源制备氢气的过程。但化石资源的消耗不可持续，而且造成环境污染、气候变暖的问题。因此，采用可再生能源将水分解制氢将是更为理想的制氢途径。

图1 水变氢的实质是将其他形式的能源转化存储为氢能。

以太阳能为例，可通过太阳能电池将太阳能转化为电能，然后在电催化剂的作用下在电催化水分解装置中将水分解为氢气和氧气（图2）。

这种电催化分解水制氢方法的用电成本大概为每立方米氢气消耗4-5度电（由实际电价决定），目前其制氢成本高于化石资源生产氢气的成本。

但不论成本如何，把水变成氢都需要从外部输入能量，无论能量以光、热或是电的形式输入。

图2 电解水制氢示意图

从目前关于水氢发动机的报道中，有人猜测该公司生产的“水氢发动机”是一种不需要输入能量即可源源不断地将水变成氢气的机器。假如“水氢发动机”真的存在，能源将不再成为制约人类可持续发展的问题。

但热力学第一定律告诉我们，能够无中生有、源源不断提供能量的机器是不存在的，即第一类永动机是不可能造成的。违背这个适用于宏观世界和微观世界所有体系的普适定律必将是不可实现的。

来源：中国科学院大连化学物理研究所

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