氫是自然界中擁有“朋友”最多、存在最普遍的元素，據(jù)相關(guān)保守估計(jì)，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75％。在我們生活的地球上，除空氣中含有部分氫氣外，其他的都以化合物的形態(tài)貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。有人推算，如把海水中的氫全部提取出來(lái)，其燃燒所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有化石燃料釋放出的熱量還大9000倍。但是必須有個(gè)前提：提取工藝要走上前沿，即方便實(shí)用消耗小，目前這個(gè)階段還是萬(wàn)里長(zhǎng)征第一步。下面我們一起走進(jìn)氫，了解一下它的背景和開(kāi)發(fā)能源之路。

“大爆炸”的那一瞬間，氫就出現(xiàn)了，并且在自然界中度過(guò)了漫長(zhǎng)的默默無(wú)聞的歲月，16世紀(jì)末期，瑞士有個(gè)叫巴拉采爾斯的化學(xué)家，一不小心把碎鐵片掉進(jìn)了硫酸中，瞬間許多氣泡像旋風(fēng)一樣騰空而起。可惜年輕的他缺乏經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有再深入研’究，錯(cuò)失了功成名就的機(jī)會(huì)。直到1766年，英國(guó)優(yōu)秀的科學(xué)家卡文迪許才發(fā)現(xiàn)這些氣泡中的物質(zhì)在空氣中可以燃燒生成水，于是含糊地稱它為可燃空氣。隨著科學(xué)的發(fā)展和思維方式的轉(zhuǎn)變，1787年法國(guó)杰出的化學(xué)家拉瓦錫最終給這種氣體取了一個(gè)好聽(tīng)的名字：氫。

雖然每升氫氣只有0.09克，但它卻“變化多端”：常溫常壓下為氣態(tài)，在超低溫高壓下又可成為液態(tài)，若將壓力增大到數(shù)百個(gè)大氣壓，液氫就可變?yōu)楣虘B(tài)氫。不僅“形態(tài)”有三變，在所有氣體中，氫氣的導(dǎo)熱性最好，比大多數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)高出10倍，因此可謂是最好的傳熱載體之一。

氫毫不吝嗇地奉獻(xiàn)自己造福人類(lèi)，除了核燃料就數(shù)它的發(fā)熱值最高。氫氣火焰的溫度可高達(dá)2500℃，只要與空氣輕微的親密接觸(3％－97％范圍內(nèi))，遇見(jiàn)火花就熊熊燃燒了。與其他燃料相比，氫燃燒時(shí)最清潔，除生成水和少量氮化氫外不會(huì)產(chǎn)生諸如一氧化碳、二氧化碳和粉塵顆粒等對(duì)環(huán)境有害的污染物質(zhì)，少量的氮化氫經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理也不會(huì)污染環(huán)境，而且氫循環(huán)使用性好，燃燒反應(yīng)生成的水可用來(lái)制備氫。

氫的利用價(jià)值這么大，人類(lèi)當(dāng)然不會(huì)熟視無(wú)睹。既然司空見(jiàn)慣的水中有它的影子，那就從水開(kāi)始抽絲剝離吧。

很少有人能夠想到，氫和氧在水中“結(jié)合”得異常牢固，想把它們分開(kāi)，要花費(fèi)很大的力氣。例如，必須加熱到二、三千攝氏度的高溫，才能把水分解成氫氣和氧氣。可惜的是。如果通過(guò)這樣的方式收集到氫，不僅要消耗很多的能量，而且還要有相應(yīng)的耐高溫、耐高壓設(shè)備。為了避開(kāi)這個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，人類(lèi)主要還是利用天然氣、煤炭和石油產(chǎn)品作為原料來(lái)制取氫氣。但是利用這些化石原料依然需要高溫和各種各樣的催化劑，所以算不上是一種有前途的制氫技術(shù)。

隨著科學(xué)家不斷地研究，他們發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)也能幫大忙了——在水中放入催化劑，陽(yáng)光照射，催化劑便能激發(fā)光化學(xué)反應(yīng)，把水分解成氫和氧。在這一過(guò)程中最困難的就是找到那些可靠穩(wěn)定的催化劑了?，F(xiàn)在找到的二氧化鈦和某些含釕的化合物，就是較適用的光水解催化劑，但還不能滿足實(shí)際應(yīng)用。一旦更有效的催化劑問(wèn)世，水中取“火”——制氫就成為可能。那時(shí)，只要在汽車(chē)、飛機(jī)等油箱中裝滿水，再加入光水解催化劑，陽(yáng)光照射下，水便不斷地分解出氫，成為發(fā)動(dòng)機(jī)的能源。

用氫作為燃料，不僅干凈，在低溫下容易發(fā)動(dòng)，而且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的腐蝕作用小，可延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。由于氫氣與空氣能夠均勻混合，完全可省去一般汽車(chē)上所用的汽化器，從而可簡(jiǎn)化現(xiàn)有汽車(chē)的構(gòu)造。

當(dāng)化學(xué)家們?cè)诤诎抵忻髑斑M(jìn)時(shí)，生物學(xué)家們卻尋覓到了新思路。他們發(fā)現(xiàn)了不少能夠產(chǎn)氫的細(xì)菌，一類(lèi)是化能異養(yǎng)菌，一類(lèi)是光合自養(yǎng)菌。已知產(chǎn)氫的化能異養(yǎng)菌有30多種，能夠發(fā)酵糖類(lèi)、醇類(lèi)、有機(jī)酸等有機(jī)物，吸收其中的一部分化學(xué)能來(lái)滿足生命活動(dòng)的需要，同時(shí)把另一部分能量以氫氣的形式釋放出來(lái)。

光合自養(yǎng)菌比化能異養(yǎng)菌更有能耐，它們不需要消耗有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物，而且能像綠色植物那樣吸收太陽(yáng)光，把簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物合成有機(jī)物以滿足自身的需要，同時(shí)放出氫氣。太陽(yáng)光取之不盡，無(wú)機(jī)物到處都是，所以用光合自養(yǎng)菌產(chǎn)氫大有前途。至今，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)約13種紫色硫細(xì)菌和紫色非硫細(xì)菌可以產(chǎn)生氫氣。據(jù)悉，美國(guó)宇航部門(mén)準(zhǔn)備把一種光合細(xì)菌——紅螺菌帶到太空中去，用它放出氫氣作為能源供航天器使用。除了細(xì)菌，生物學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，綠藻在無(wú)氧條件下被太陽(yáng)光照射時(shí)，也可以施放氫氣，甚至某些高等植物也是光合放氫的好材料。

于是，愛(ài)琢磨的科研者提出想法，從植物身上取出葉綠體，使之成為“生產(chǎn)氫氣的工廠”。第一臺(tái)葉綠體制氫裝置于1973年在美國(guó)問(wèn)世，問(wèn)題是天然的葉綠體壽命太短，需要尋找延長(zhǎng)它們工作壽命的辦法。

還有些科學(xué)家提出培育“氫樹(shù)”的設(shè)想。他們認(rèn)為，如果讓植物的光合作用保留在分解水的階段，使氫不與二氧化碳起作用，而直接從植物體內(nèi)分離出來(lái)，那么，一棵棵的“氫樹(shù)”就可以直接給我們提供純凈的氫氣了。

然而，這些都是充滿幻想的“未來(lái)史”，只能豐富人們的精神世界了。下面還是用氫做點(diǎn)實(shí)際的工作吧。

每逢節(jié)假日，我們總會(huì)看到五顏六色、大大小小的氣球高高地浮在空中，翩翩起舞——這可都是氫氣的功勞啊。不過(guò)人們發(fā)現(xiàn)，如果氫氣泄漏，加上外界摩擦引起靜電會(huì)發(fā)生爆燃，造成灼傷。為什么會(huì)被灼傷呢?我們知道燃燒的前提是易燃?xì)怏w達(dá)到一定的濃度，如果裝在氣球中，氫氣濃度就比較高，但燃燒時(shí)間不會(huì)很長(zhǎng)，因?yàn)闅馇蚱屏押髿錃獍l(fā)散得非?？?，很快就全部燒完了，因此不會(huì)發(fā)生持久性燒傷，大部分是瞬間的高溫灼傷。所以現(xiàn)在填充氣球漸漸不用氫氣，用氦氣取代了。

不過(guò)，最讓氫值得“驕傲”的是它很早就涉足航空領(lǐng)域了，那可是人類(lèi)飛躍地球的偉大夢(mèng)想。

早在第二次世界大戰(zhàn)期間，氫即用作A-2火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的液體推進(jìn)劑。1960年液氫首次用作航天動(dòng)力燃料。1970年美國(guó)發(fā)射的“阿波羅”登月飛船使用的起飛火箭也是用液氫作燃料。再加上我們的神州系列飛船，氫已是火箭領(lǐng)域的常用燃料了。

對(duì)航天飛機(jī)而言，減輕燃料自重，增加有效載荷變得更為重要。因?yàn)闅涞哪芰棵芏群芨撸壳Э藲淙紵蟮臒崃?，約為汽油的3倍——意味著燃料的自重可減輕2/3，這對(duì)航天飛機(jī)無(wú)疑是極為有利的。

氫存儲(chǔ)方式有物理方式和化學(xué)方式兩種。物理方式有兩種：一是液態(tài)氫法，此法的能量密度最大，其困難是：保持液態(tài)氫容器處于253℃以下是一項(xiàng)難度極大的絕熱保溫技術(shù)：二是以高壓方式(2000～3000kPa)儲(chǔ)存于金屬容器中，即高壓氣瓶法，此法的能量密度小，貯氫量少。

目前研究最熱的是金屬“吸收”氫氣，反應(yīng)生成金屬氫化物，同時(shí)放出熱量。其后，將這些金屬氫化物加熱，它們又會(huì)分解，將儲(chǔ)存在其中的氫釋放出來(lái)。這些會(huì)“吸收”氫氣的金屬美其名曰“儲(chǔ)氫合金”。儲(chǔ)氫合金都是固體，需要用氫時(shí)通過(guò)加熱或減壓使儲(chǔ)存于其中的氫釋放出來(lái)，因此是一種簡(jiǎn)便易行的理想儲(chǔ)氫方法，主要有鈦系儲(chǔ)氫合金、鋯系儲(chǔ)氫合金、鐵系儲(chǔ)氫合金及稀土系儲(chǔ)氫合金。科學(xué)家們正在研究一種“固態(tài)氫”的宇宙飛船。固態(tài)氫既作為飛船的結(jié)構(gòu)材料，又可以作為動(dòng)力燃料。在飛行期間，飛船上所有的非重要零件都可以轉(zhuǎn)作能源“消耗掉”，這樣飛船在宇宙中就能飛行更長(zhǎng)的時(shí)間。

[責(zé)任編輯 李 軍]