圖解氫能源

第1章 氫是什麼？
1、與氫一同生活的「氫能源時代」
2、自然界中最輕的終極潔淨燃料──氫的物理性與功能
氫是最輕的氣體，也是產生水的「元素」
水和化石資源是「氫的搖籃」
液態氫和金屬氫
氫作為燃料的優越性和問題──氫是每單位質量含有能量最高的能源燃料
氫的安全性──氫的危險印象其實是「誤解」
溶解在金屬中的氫──氫會使鐵弱化
氫是酸的根本──質子是氫的原子核
3、氫從哪裡來？──宇宙的演化與氫的誕生
氫是宇宙大爆炸創造的第一個元素
氫的行星──木星及其同伴們
氫以水的狀態存在於地球──氫的搬運工「彗星」
4、氫是電與能量的搬運工──電能與可轉換的二次能源
5、氫是太陽的能量來源──氫原子核融合
專欄1 氫能源的大小
專欄2 氫引擎汽車的誕生
專欄3 氫的安全對策與安全技術開發
附錄1 單位換算（長度、面積、體積、質量）

第2章 人類的生活與能源消費的歷史
1、人類能源消費的演變──從碳時代到氫時代
2、與石油共生的社會與衍生問題
專欄4 對氫能源逐漸高漲的關切
專欄5 溫室效應與推廣氫社會的進程
附錄2 單位換算（壓力、功．能量．熱量）

第3章 與氫相逢──從煤氣燈到宇宙旅行
1、工業革命與氫應用的起點
2、氫與化學產業的啟動
3、氫氣飛船「興登堡號」
4、太空火箭與氫燃料
5、氫與IT產業──光纖與矽晶圓
6、碳－二氧化碳循環社會的極限與水－氫循環社會的發展
專欄6 什麼是可再生能源？
專欄7 氫是取之不盡、用之不竭的終極強力燃料──水會成為未來的煤

第4章 燃料電池與氫能源革命
1、燃料電池的特徵──以氫當作燃料的化學發電機
2、導入燃料電池技術造成的社會性效果
3、燃料電池的普及與經濟效果
4、推展燃料電池普及需面對的課題──降低鉑觸媒的成本
5、不需電線的氫社會生活──分散型無線社會
專欄8 電解水製造氫──法拉第的實驗
專欄9 實際驗證燃料電池原理的葛洛夫實驗
專欄10 各種家電產品燃料電池化

第5章 氫的取得方法
1、製氫技術的課題──生產潔淨氫
2、利用周遭的碳資源製氫
利用化石資源製氫
垃圾和家畜排泄物也能成為氫資源
煉油廠、焦煤及煉鋼產業等的大量潛在氫
氫的產量足以應付氫能源時代的需求嗎？
3、夢想中的甲烷直接改質法──從甲烷直接製氫與苯的MTB觸媒技術
4、利用可再生能源製氫
利用風力發電製造風力氫
使用太陽能的太陽能製氫技術
利用地熱能量
5、利用核能製氫
利用核子反應爐放熱製氫
6、氫的供給成本
專欄11 藉由生物氫發酵與甲烷發酵製氫
專欄12 利用太陽光從海水中製氫──夢想中的光半導體觸媒
專欄13 什麼是生質能？
專欄14 用之不盡的化石資源──「可燃的冰」甲烷水合物
專欄15 從家畜的排泄物裡能生產多少氫和塑膠原料？

第6章 氫社會的基礎建設技術──氫的儲存、運輸與供給
1、邁向氫社會，氫儲存及供給技術的推展
2、利用高壓氫或液態氫的氫儲存及運輸技術
3、使用金屬的氫儲存與供給──儲氫合金與金屬氫化物
4、有機氫化物技術──液態氫的儲存及供給材料
5、利用有機氫化物的加氫站
6、利用副產物氫的氫循環運輸系統
專欄16 利用奈米碳管的儲氫法
專欄17 有機氫化物帶來大量的氫與電力

第7章 與氫氣共同生活的21世紀氫社會
1、第二能源幹線「氫高速公路構想」
2、連結都市與地方聯繫的氫網路
3、再生型氫燃料電池的開發與應用
4、利用生物燃氣的地區能源自立化： [別海氫計畫]
5、利用氫運輸水的「沙漠綠化大作戰」
6、海洋風力發電製造的氫以油輪運輸
7、利用可再生能源的「夢想工業化學的二氧化碳固定化技術」

第8章 國際上推動氫社會的氫計畫
1、國際的氫應用計畫
北歐利用可再生能源來創造氫社會
美國的氫計畫
中歐的氫計畫
其他國家的相關氫計畫
2、日本邁向氫社會採取的行動
NEDO的WE-NET計畫
JHFC氫計畫
日本國內自治體的氫計畫動向
利用氫打造北方城鎮的「北海道氫計畫」
附錄3 物理常數與數量單位的字首

索引

前言

　　大氣層內的二氧化碳濃度增加造成溫室效應，洪水或沙漠化等全球規模的異常氣候，以及化石資源枯竭或油價飛漲等，在在警示著人類的生存危機。時至今日，人們終於開始期待注目解決問題的王牌，那就是氫能源和氫社會。

　　「氫」是最輕也最簡單的元素，燃燒殘留物只有水，是終極的潔淨燃料。只要有氫存在之處，就能製作燃料電池，進而利用手工生產的電能。如果利用「氫效用」來進行電能輸送，就有可能創造沒有高壓電纜的社會，以及各種無線家電製品。人類的生活肯定會因為導入氫能源而造成極大改變。

　　從西元2003年起，日本各家汽車製造商便開始販賣燃料電池汽車或氫引擎汽車。2005年，日本天然氣公司投入家庭用定置型燃料電池市場。其他甚至如行動電話、個人電腦的發展出現燃料電池化等，氫商機的運作已經在業界引起巨大的討論。對一般市民而言，氫能源或燃料電池已經逐漸成為隨處可見的存在了。

　　為了取代有限的石油，人類正轉而積極追求可再生能源的技術開發，例如風力發電、太陽能利用、生質能源等新能源。從這些自然能源得到二氧化碳排放量為零的潔淨氫能，再加上煉油廠和煉鋼工業大量的氫副產物，發展氫社會所需的氫資源其實相當豐富。

　　在氫能源的時代，產業或社會發展將可以更加長久。此外為了保護我們的「綠色地球」環境，將貴重的化石資源傳承到下一代，氫時代將可以負擔這項「新能源革命」的使命。

　　本書一開始先探討氫在宇宙或地球中的存在情況，以及其基礎的性質或功能，乃至於人類與氫的相逢和產業上的利用情形等。利用天然氣、生物燃氣、甲烷水合物、風力發電或核能發電廢熱來生產潔淨氫的技術，或是利用有機氫化物進行氫貯藏與氫供給的基礎建設技術，還有活用氫或燃料電池，推展氫社會的氫高速公路構想或氫網路事業等，本書將會介紹這些嶄新的氫商機的結構，並針對具體範例來驗證它們的環保及經濟效果。氫能源利用一直是人類的「夢想」。前人曾說過，不只要「作夢」，更要「逐夢」。為了人類光明長久的未來，我們期待氫技術進步，並實現氫社會。

　　若能藉由本書，使各位讀者了解氫的趣味性及優越性能，並且展望多方面利用氫能源的氫社會生活，有助於使氫能源更加普及與受人理解，這將是筆者的榮幸。

　　最後在此誠摰感謝：在我執筆寫作本書的過程中，協助進行資料調查或搜尋的□見奈津子小姐，以及在編輯過程中提供協助的荒川八重子小姐，還有OHM出版社□文七先生的溫暖鼓勵與不變支持。