之前，我们讨论了什么是电动公交的环保运输方式。 但是，没有提到一个重要的观点：随着电动汽车数量的增加，城市将需要更多的电力，而这通常是以对环境不安全的方式获得的。 幸运的是，当今世界已经学会了如何借助风，太阳甚至氢的帮助获取能量。 我们决定将新材料投入到最后的资源中，并讨论氢能的特征。
乍看之下，氢是一种理想的燃料。 首先，它是宇宙中最常见的元素；其次，当它燃烧时，会释放大量能量，并且会形成水而不会释放任何有害气体。 人类长期以来一直认识到氢能的好处，但并不急于在大规模的工业规模上使用它。
氢燃料电池
第一个氢燃料电池是由英国科学家William Grove在十九世纪30年代设计的。 格罗夫试图从铁表面的硫酸铜水溶液中沉淀出铜，并注意到在电流的作用下，水分解为氢和氧。 在发现之后，格鲁夫和与他并行工作的克里斯汀·舍恩贝恩展示了使用酸性电解质在氢氧燃料电池中产生能量的可能性。
后来，在1959年，剑桥大学的弗朗西斯·培根（Francis T. Bacon）向氢燃料电池添加了一个离子交换膜，以促进氢氧根离子的运输。 美国政府和美国宇航局立即对培根的发明产生了兴趣，这种更新的燃料电池在阿波罗号飞船上被用作飞行过程中的主要能源。
来自Apollon服务模块的氢燃料电池，可为宇航员发电，产生热量和产生水。 资料来源： James Humphreys / Wikimedia Commons现在，氢燃料电池类似于传统的原电池，只是有一个区别：用于反应的物质没有存储在电池中，而是从外部不断供应。 氢透过多孔阳极渗出，失去电子，电子进入电路，氢阳离子穿过膜。 此外，氧在阴极上俘获质子和外部电子，结果形成水。
氢燃料电池的工作原理。 资料来源：Geek.com从一个燃料电池上除去约0.7 V的电压；因此，这些电池组合成具有可接受的输出电压和电流的大型燃料电池。 氢元素的理论电压可以达到1.23 V，但是
一部分能量变成了热量 。
从绿色能源的角度来看，氢燃料电池具有60％的极高效率。 进行比较：最佳内燃机的效率为35-40％。 对于太阳能发电厂，该系数仅为15-20％，但这在很大程度上取决于天气条件。 最佳叶片风力发电场的效率达到40％，可与蒸汽发生器媲美，但是风力涡轮机还需要合适的天气条件和昂贵的维护费用。
如我们所见，在该参数中，氢能是最有吸引力的能源，但是仍然存在许多阻碍其大规模应用的问题。 其中最重要的是制氢过程。
采矿问题
氢能是环境友好的，但不是自主的。 为了运行，燃料电池需要氢，而氢是地球上最纯净的形式。 必须获得氢气，但是当前所有现有方法要么非常昂贵，要么无效。
就每单位能量消耗的氢气量而言，最有效的
方法是
天然气的蒸汽转化 。 甲烷与水蒸气在2 MPa的压力（约19个大气压，即约190 m的深度的压力）和约800度的温度下合并，生成氢含量为55-75％的转化气体。 蒸汽转化需要巨大的工厂，只能用于生产。
蒸汽甲烷转化的管式炉不是生产氢的最符合人体工程学的方法。 资料来源： CTK-Euro一种更方便，更简单的方法是电解水。 当电流流经处理后的水时，会发生一系列电化学反应，从而形成氢。 该方法的显着缺点是反应所需的大量能量消耗。 也就是说，事实证明这是一个有点奇怪的情况：要获取氢能，您需要...能量。 为了避免电解过程中不必要的成本并节省宝贵的资源，一些公司正在努力开发全循环系统“电-氢-电”，其中无需外部充电即可获得能量。 东芝H2One就是这种系统的一个例子。
东芝H2One移动电站
我们开发了H2One移动微型电站，该电站将水转化为氢气，并将氢气转化为能源。 为了维持电解，在其中使用了太阳能电池，多余的能量会累积在电池中，并确保系统在没有阳光的情况下正常运行。 产生的氢气要么直接送入燃料电池，要么送去储存到一体式储罐。 在一个小时内，H2One电解器产生多达2 m
3的氢气，并在输出处提供高达55 kW的功率。 生产1 m
3的氢气需要多达2.5 m
3的水。
到目前为止，H2One站无法为大型企业或整个城市供电，但其能量足以满足小范围或组织的运作。 由于其移动性，它可以用作自然灾害或紧急停电情况下的临时解决方案。 此外，与需要正常运行燃料的柴油发电机不同，氢电厂仅需要水。
现在，东芝H2One仅在日本的少数城市中使用-例如，它为川崎市的一个
火车站提供电力和热水。
在川崎安装H2One氢的未来
如今，氢燃料电池为便携式移动电源，带汽车的城市公交车和铁路运输提供能量
（我们将在下一篇文章中进一步讨论氢在汽车工业中的使用）。 氢燃料电池出乎意料地证明是直升机的绝佳解决方案-质量类似于电池，氢供应的飞行时间最多可延长五倍。 在这种情况下，霜冻不会以任何方式影响效率。 俄罗斯AT能源公司生产的实验性燃料电池无人机在索契奥运会上用于拍摄。
众所周知，在即将举行的东京奥运会上，氢将用于汽车，电力和热能的生产，并且还将成为奥林匹克村的主要能源。 为此，由东芝能源系统和解决方案公司委托。 在日本的那米市，正在建造世界上最大的制氢站之一。 该站将消耗从“绿色”源获得的多达10兆瓦的能源，每年通过电解产生多达900吨的氢气。
氢能是我们的“未来储备”，那时我们将不得不完全放弃化石燃料，而可再生能源将无法满足人类的需求。 根据Markets＆Markets的预测，全球氢气产量目前为1,150亿美元，到2022年将增长到1,540亿美元。但是在不久的将来，大规模引入技术的可能性不大，仍然有必要解决与特种电厂的生产和运营相关的许多问题，并降低其成本。 当克服技术壁垒时，氢能将达到一个新的水平，并且可能会像今天的传统能源或水力发电一样普及。