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氢气的新用途:可持续建筑的替代能源

写: Alejandro Ayala | 十一月 29, 2017

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想象一下,发电不会影响我们的环境,并促进经济增长,从而利用本国科学研究、技术和劳动力。当前既存技术(例如,燃料电池)可产生电力而不会产生有害排放物,唯一副产品是水和热。

“石油时代结束之际,氢气是未来”,趋势分析师、汽车制造商和全球政客表示。氢气是最干净的燃料。多用途且高效。一种革命性燃料,不仅在技术层面上,将改变整个地球上的社会关系。

然而,出现了许多问题:氢气会成为21世纪的“汽油”吗?因此,全球环境基金(GEF)Mohammed El Ashry博士声称:“氢气是未来的燃料”;美国能源部David German确信,氢气:“可从广泛的主要燃料中获得,也可通过多种不同工艺获得”,使其成为一种易于获取的元素。

但这安全吗?“一些挑战是技术性的,且燃料电池的成本和行为仍在研究中”,美国国家氢能协会Jeffrey Serfass指出。

但是宇宙中最简单的原子真的能成为未来的燃料吗

 政府和领先的汽车制造商(通用汽车、福特、巴拉德)相信这将成为现实,并正投资数十亿美元开发这种新能源系统。有人说氢能的发展将是一场与灯泡或微芯片一样重要的。我们是否处于氢气时代的门槛上?

预测未来:约150年前,1874年,Jules Verne在其小说《神秘岛》中预言水将成为未来的煤。

“是的,水[…]通过电力分解无疑是一种强大且可管理的力量,因为所有伟大发现,通过一些难以理解的法则,似乎同意并同时完成。是的,我的朋友们,我相信有一天水将被用作燃料,其组成氢和氧,单独或一起使用,将提供煤无法达到此等强度的无穷无尽的热源和光源。有一天,蒸汽机贮煤室和煤水机车将代替煤,与这两种冷凝气体一起储存,这些气体会在具有巨大热值的炉子中燃烧。[…]我相信,当煤矿枯竭时,我们应用水加热并使自身保持温暖。水将成为未来的煤”。

出于这个原因,SMA意识到目前正进行的技术、社会和环境演变,提案是考察氢气的生产和使用,作为建筑和可持续建筑的替代能源载体。

今天,人类拥有先进的清洁能源生产技术。用于生产、储存和使用氢气作为替代能源载体的系统包括以下要素:

  • 光伏太阳能电池板、太阳能聚光器和/或风力涡轮机,用于使用可再生能源
  • 电解槽。通过裂解水分子(H2O)产生氢气的设备
  • 储氢罐(在相对较高的压力下)
  • 质子交换膜(PEM)燃料电池

系统的配置、规模和运行由具体工程安排根据项目特点或需满足的要求来确定。

PEM燃料电池如何工作?

 总之,它是一种普通燃料电池,位于两个电极之间的质子需通过一层膜,其中氢气从一侧注入,氧气则从另一侧注入。氢原子被氧原子吸引,但膜只允许带正电荷的质子通过。这迫使电子采取更长的路线,结果是这种电子流动产生电流。

该过程(电解槽的逆过程)非常高效,因为化学能转换成电能发生在电化学上,使其较内燃技术更有效。

然而,启动该过程仍需要能量,将水分子(H2O)分成两个组分元素(氢+氧)的“火花”。为此,我们使用(越来越高效的)开发的技术来利用可再生能源(主要是太阳能和风能)。

结果就产生了“绿色氢气”。通过这种方式,该系统保持独立,并创造了能源自主的可能性,甚至使我们能够想象,如果我们将“剩余”水重新整合到系统中,则可产生一个闭合循环来创建一种“永恒运动”。从而产生无限能源。

建筑的关键:一体化应用

面临的挑战是以各种可能的方式创建能源自主的可持续建筑和城市项目。需建立和应用引导我们实现能源自主的可持续建筑和城市实践的方法;加强和尊重环境;以及  –  当前研究工作的重点  –  将生物气候设计技术融入单一应用中。

为使所有感官(温暖、噪音、光线、气味)感到舒适,有必要整合经认证的“绿色标签”技术和材料,以便利用可再生资源促进更可持续的建筑;新能源替代品;节约和有效利用各类项目产生的能源;以及纳入致力于生产、使用和控制“绿色氢气”的无害技术(已开发或改进的)。

这种新的替代能源载体,致力于现场发电和电力供应,将为我们的项目和最终用户的福祉提供能源自主。

舞台和演员已经确定,现在是我们在建筑、城市和建筑领域开展工作的时代了。鉴于技术进步的优点,但最重要的是优先开发最佳实践以满足最终用户的需求并改善当前和全球环境。使用氢气作为能源载体的愿景是大胆选择,我们不得不在一个新的经济和环境范式即将开始时加以利用。

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