為什麼不能用水力發電再加上電解水來反應出氫氣來作為燃料？

12-29

一方面水力發電沒有污染。另一方面氫氣是清潔能源，與氧氣反應的生成物是沒有污染的水，並且熱值很高，而電解水產生的副產品氧氣即可以供氫氣燃燒，又可以供呼吸作用，看起來百利而無一害。

輸氣比輸電貴多了。

用電比用氣廣泛多了。

氫氣重量輕但體積巨大，同體積能量密度很低。

氫氣極易爆炸，如果同步輸氧更是作大死。

先電解再燃燒發電，來迴轉換，損耗巨大。

氫氣高溫燃燒依然有氮氧化合物污染，純度不足依然有硫、一氧化碳等污染。

水電環境代價很高，開發潛力有限。

在我看來，所謂「氫能源」概念唯一有實用價值的方式是可控氫聚變電站。

2016.12.23

添加了一下電解工作示意圖。

--------------------------------------------------------我是原文------------------------------------------------

題主談到的是電解水生氫，那我就把答案的討論限定在這個範圍內。但是需要強調的是：當前制氫的主要方法還是對碳氫化合物進行蒸汽改質。

題目結尾的那句結論（電解水生成的氫氣和氧氣「百利而無一害」）或許是對的，而且我可以很明確的說相應的硬體技術（比如electrolyser）也已經開發出來了如下圖的高分子電解質膜電解示意圖[1]（陰極生成氫氣，陽極生成氧氣）。這個話題在學術界也很火，簡稱Power2Gas。歐盟甚至投了幾千萬去專門研究氫能源應用，比如我參與的H2ME項目。

那麼問題來了，這麼「好」的東西為什麼沒有得到大規模推廣呢？

究其原因還是「成本」二字。以下是來源於美國能源部的報告里的氫能源生產路線圖[1]，其中紅圈代表了主流的電解水生氫技術:

現階段電力系統和氫能源最直接的聯繫之一就是使用氫能源的交通設施，比如燃料電池汽車（Fuel cell vehicle）。但相較於直接充電的電動汽車，如果氫能源汽車的燃料來源是電解水，則增加了一道工序，那也就意味著相應的能量損耗和額外的設備需求，造成了成本上升。那麼我們為什麼還要研究電解水技術呢？

首先燃料電池汽車是真實存在，比如經典的豐田Mirai[2]。那麼隨著燃料汽車的推廣（雖然相對緩慢），加氫的需求必然是越來越大的。相較於答案開頭提到的工業提煉方式，eletrolyser的兩個主要原料（水和電力）基本都可以就地取材。這也就避免了氫燃料在工業提煉後到加氫站的運輸環節。
其次，當前電池領域在技術革新上不可否認的出現了一些瓶頸。從能量密度的角度上來說，氫儲能的這一參數會更高。所以當我們把能源的生產成本與其對應的儲能成本加在一起去考慮的話，氫能源在未來也未必不可與電力配電池一戰。另外從充放速度上來考慮，電池恐怕也無法與氫氣和汽油這類燃料的儲存設備相匹敵。那麼在能源互聯的大背景下，電力儲能方式的多樣化也是一種必然的選擇。
氫氣的使用也是多樣化的，比如合成甲烷混入天然氣網路。在英國就有ITM Power，Nantional Grid和National Gas合作拿到了ofgem的funding，對電解水生氫和加氫站的建設在做一些示範性的商業項目。

上面簡述了電解水生氫技術上的可行性。只是相較於直接使用電力，電解水看起來貌似還是有些貴。

那麼在下文里我來解釋一下這種電解水生氫的商業運營模式要在什麼樣的場景下才能經濟層面上可行。（以下結論是根據我們組內之前的一些日常討論得出的，可能會存在不嚴謹的地方，歡迎知友們指出。）

首先需要強調，電解水生氫的加氫站成本主要來源於三部分：

電解設備的平攤成本（考慮到設備的使用壽命）。
加氫站的加氫設備和儲氫設備成本（也需要考慮到設備的使用壽命）。
發電和輸配電成本。

可以明確地是前兩點屬於設備成本，那只有技術提升或是大規模生產才能進一步降低成本。所以當前「最容易」降低的是第三點，也就是用電成本。

根據我們組另外一個RA的調研結果想要讓電解生氫變得經濟可行，首先需要將其用電成本降低到接近零才行。那麼這一成本可能接近零么？是有可能的。比如丹麥這種風力發電資源豐富的國家，經常會出現電力富餘的情況下，甚至出現負電價。那麼在這種環境下與其切掉多餘的風電，不如將它們利用起來，比如說用來電解水生氫。

關於題主所提到的水力發電，為什麼我們不太用來電解水？因為水力發電本身具備一定的儲能特性，所以它的輸出調節能力比風電和光伏要強上不少。這使得他們跟火電類似，具備發電議價能力。那麼從水電站的角度上來說不太可能將自己的電免費送出。

所以綜上所述，概括到以下三點：

電解水生氫？技術可行。
水電拿來電解水生氫？成本不允許。
什麼情況下電解水生氫經濟性上也可行？當電力系統中經常出現過剩的清潔能源發電情況，成本上或許可行。

以上，謝謝。

另外推薦師兄在P2G方向的幾篇文章。有興趣的可以讀一讀（P.S. 師兄Stephen Clegg 有曼大數學系和電力系的雙博士學位哦...是一個一個讀完的....我這輩子除他以外沒見過第二個Dr^2）

Integrated_Electrical_and_Gas_Network_Flexibility_Assessment_in_Low-Carbon_Multi-Energy_Systems
Integrated_Modeling_and_Assessment_of_the_Operational_Impact_of_Power-to-Gas_P2G_on_Electrical_and_Gas_Transmission_Networks
Storing_renewables_in_the_gas_network_Modelling_of_power-to-gas_seasonal_storage_flexibility_in_low-carbon_power_systems

Reference list:

[1]https://energy.gov/sites/prod/files/2014/03/f12/webinarslides052311_pemelectrolysis_overview.pdf

[2]2016 Toyota Mirai First Drive - Motor Trend

電能使用最方便，易轉化，機械效率高

比氫氣的燃燒強太多氫的燃燒電池除外。電的缺點是難脫離電網被使用。比如汽車。

而氫氣的缺點之一恰恰也是難儲存，我們用儲氫金屬來解決這問題，但價格高，存量小。蓄電池的發展和生物質燃料完全可以替代這塊運用。

所以氫能使用就面臨那麼個尷尬情況，大規模用不如電。小地方用不方便

個人覺得在大規模太陽能生產氫技術，和可靠，便宜，安全的儲氫技術出來前。氫能的普及，有很長路要走

因為氫氣難儲存難運輸，泄漏後很容易爆炸，屬於高危氣體。

如果你願意周圍有事沒事炸一炸的話，那的確可以考慮用氫氣作為主要儲能方式。

你的想法很好。

但是一切有著很明顯的實際背景的想法，看似簡單美好，你提出來了，但現在卻沒人去做。有兩個原因：一個是這個想法要實現起來太困難。一個大家不願意這麼去做。

這個想法屬於哪一種呢，目前看來屬於第二種。沒人願意去做。

建一個電解水廠太容易了，沒有什麼難度，所以第一個原因不是關鍵。而是第二個原因。

那麼為什麼沒有人願意去做呢？原因就在於這麼做得不償失。首先，氫氣的需求量遠沒有電力需求量大。其次，電解水得到的氫氣價格較高。

氫氣的工業來源有好多，一般來說三大化石能源的來源佔到90%左右。電解水和其他的電解渠道可能占不到10%左右。我的數據比較老，不知道今年的數據是怎樣的。但是氫氣目前供需和幾十年前相比也沒怎麼變，技術也沒有革命，所以來源應該還是大量來自化石燃料。

利用天然氣熱裂並且還原水蒸汽，得到氫氣和二氧化碳兩種工業產品。是目前最大的氫氣來源。這種方法為什麼會比電解水要更受重視呢？因為一個原因，成本。

同樣生產一摩爾氫氣：

電解水大概需要0.1179度或者更多的電。電價為0.05～0.15元之間，在中國這種工業電比生活用電更貴的地方，這個價格只會更貴。

熱裂天然氣需要原料0.25mol的天然氣和0.5mol的水。以及一個700度左右的熱源。原料價格大概0.007元。700度的熱源，如果這個工廠很土豪，不用廢熱，直接買煤炭來燒著加熱。那麼燃料費用大概在0.005元。加和之後總原料成本為0.012元。

這個比較就很明顯了。電解水制氫氣的費用比熱裂高出5倍以上。投資建廠的價格不太清楚，但是熱裂廠的產品明顯更有競爭力。電解水的氫氣出了純度更高外，沒有別的優勢了。

不過電解水有一個好，全世界跑到什麼地方，你都能看到有電解工廠。比現在熱炒的光解水高到不知哪裡去了，光解水的工業化是最無用的一個研究。

如果想要利用氫氣作為二次能源，最有前途的地方在於和光伏太陽能電廠聯合，解決光伏太陽能儲能的難題，用氫氣儲能是一個還不錯的選擇。工業界如果選擇化學電池陣列儲存太陽能那簡直是蠢。只要高能量密度低價格的電池還沒有被研製出來，那麼氫氣就一直有著這個作為儲能介質的優勢。特別是電動汽車的終極形態燃料電池車是最適合使用氫氣作為能源的。

因為電解水生產氫氣的成本比用燃料製造氫氣的成本高多了。。。

假設效率都是100%，一度電五毛錢，能量是3.6MJ，也就是說1元能得到7.2MJ能量的氫氣。

天然氣每立方的能量是38MJ，按2.5元算，就是1元能得到16MJ能量的氫氣。

用煤製造氫氣估計還能更便宜。

個別場合會這麼用，比如現在有些焊機就是內部裝水，電解水製造氫氣，再利用氫氧焰焊接。好處是不需要氫氣罐，比較安全。

北歐就在考慮這個計劃。

成本問題是重要的原因之一，但不是全部

根源上氫並不是現代社會的主要能源形式，利用的場合併不多，在成本較高的情況下，自然也就沒什麼人用

單就水電而言，一方面輸電的方式比較成熟且成本低，另一方面水電站有更高效的錯峰儲能措施：用電量低的時候用余電抽水就行了

但並不是說電解水產氫就沒有應用場合：作為一個和石油一樣能量密度高的物質，在不適用電的地方可以作為清潔能源取代石油，比如火箭、飛機、船舶等；此外，作為儲能的中間物質，利用風電、光電的能源來電解水產生氫氣，然後通過燃氣輪機發電，可以有效解決新能源併網的問題

液氫的問題在於，目前沒有特別高效安全的儲存方法，大量儲存仍舊依靠低溫和高壓，不但成本高，而且不安全，用於火箭發動機尚能接受，民用商用就沒法接受了。而作為解決之道的固態金屬氫化物儲存，夢想各種美好，現實各種殘酷，現在仍脫不開稀有金屬的範疇，更是遙遙無期

未來有了安全高效的儲存，加上風電、光電和核電帶來的電力能源大幅下降，氫能源在某些領域取代石油能源，這是相當有可能的

其實日本人已經在這麼做了，只是方法上略微不同。

首先要說明為什麼要電轉氫氣，因為風力、太陽能等新能源發電存在一個很大的問題就是輸出不穩定，這對電網是很大的威脅。另外在現有科技條件下，大量電量無法儲存。這種情況下，會導致大量電量的浪費。

其次，由於氫氣的分子量小，密度小於空氣，燃燒時，氫氣的泄漏量會很多，導致燃燒不充分，所以不適合直接作為燃料使用。
而日本人的新思路就是電力轉成液態氫儲存，然後通過新型電池系統，將氫轉化成電力。

這個方式的優勢在於液態氫便於儲存、運輸，氫轉換成電後只會殘留水，非常環保。

原理如下：

其實就是將水電解成氫氣和氧氣，然後通過燃料電池讓氫氣和氧氣反應，在生成水的同時，產生電量。

豐田發表過使用液態氫的新能源汽車（用水取代二氧化碳，豐田Mirai讓城市變得更美_機械_科技_bilibili_嗶哩嗶哩）。

電池原理如下圖示：

大意就是通過使用氫氣和氧氣在燃料電池內產生電能，使汽車啟動。氫氣可以通過加油站進行補充。

而除了汽車以外，日本也在推進家用的氫氣燃料電池計劃。

2014年的時候，日本人的計劃是這樣的：

實際上已經開始逐步的正式運行。

我覺得從現狀上是對目前的新能源很好的補充。

這個思路是很好的。

首先，可惜用水力發電制氫比火電制氫成本高得多，遠不如賣點來的實惠。

另外，水電每年會有大量棄水，實際上就是白白浪費掉的，也考慮過用這部分棄水發電制氫，但是綜合考慮存儲和運輸成本，效益也是低的可憐。要知道，水電站往往都是建在深山老林中，在電力送出通道有限的情況下，就地制氫無法避開存儲和運輸的問題。

綜上，水電制氫目前不划算，暫時不考慮。

弄懂氫儲能，你一定更想要這份報告

看看這個，回答是當然可以啦，人類中的權威專家也是剛剛想到這個點子。

技術上是可以的，但是水電站根據調配需要，應該都有用多餘電量來抽水蓄能的設施，不需要在通過轉化成氫來儲存能量。注意我們這裡說的氫不是能量的來源，而是能量的介質，可以用來儲存各種來源的電能。

很多朋友說，用水發電，再用電制氫，繞一大圈多此一舉。

其實沒有理解問題的關鍵點— 目前電不可大規模儲存。

舉個栗子，發電廠發電，就像村裡殺豬吃肉一樣，有時候一頓吃不下，放著肉就會餿，扔了浪費。村裡落後啊，也沒有大冰箱可以保存。這時候只能用鹽巴把豬腿做成火腿臘肉來保存，餓了的時候再吃，說不定還更好吃了。只要鹽巴便宜，大家還喜歡吃臘肉，這就是好方法；如果鹽巴貴的話，做火腿工序麻煩，很多人就把豬肉直接扔了。

這就像用多餘電能制氫氣一樣的道理。必要的條件是有多餘或便宜的電，有效的制氫技術。

氫氣怎麼保存呢？要知道氫氣的分子很小，能穿透絕大多數物質。好比那足球球門後面的網裝乒乓球，能裝，但是一定漏。你有沒有發覺買的氫氣球最多保持2天，而空氣球10天都沒什麼事。其實汽油車的汽油也是會從郵箱跑出來的，需要一個活性炭罐子吸收跑出來的汽油。可是活性炭不太能吸氫氣。氫氣很輕，22.4升才2克，1立方氫氣才100克不到。所以氫氣不加壓，油箱里存不了多少，必須加壓或液化才能所存。液化的話，氫氣沸點零下250度左右，……加壓就更容易泄露了……難啊。

氫氣極其易燃，燃燒溫度3000度以上。一旦有個火星，畫面太美了。

所以氫氣車的難點在安全的儲存氫氣。制氫的成本不是問題。

上面的回答都太麻煩了吧。

用氫氣燃燒發電最後產生的還不是水。然後你覺得水分解成氫氣花費的能量能比氫氣燃燒成水釋放的能量高嗎?中間怎麼的都得有損耗吧！

當然我還是支持題主你向這個方向努力的。萬一真成功了呢？那你就是改變世界的人了。

誰告訴你水電無污染的，這種人要槍斃。生態破壞影響比空氣污染還大。

這不是脫褲子放屁..多此一舉么..

看題主的問題，前面的朋友大多都就電解水與氫氣儲運，應用方面分析了成本的不可行，

但是有個有意思的問題，由於來水講和用電量的不穩定與不匹配，水電實際有限的發電量受影響太多，

比如夜間用電量低，而水電機組發電量高，

比如豐水期，等等，

為解決這個矛盾，人們想了很多方案，

最直接的，在電廠裝了個大電池…

比如電解水，

比如把水再泵到高位…

電解水消耗的能量遠遠大於氫氣燃燒放能，沒必要繞這一圈，而且氫氣還不容易儲存和運輸。

成本問題吧

儲氫是個問題

都已經有了電了為什麼不直接用電而是還要拿它去電解水產生氫氣來做燃料？氫氣的製備、儲存、運輸、利用都是額外多出來的過程。費時費力也就算了，要知道在電解這個過程中會有很多能量的損耗，所以不管是從能量角度還是經濟角度來說這都是不可取的。