东京大学教授:真正懂氢能至少有四层,你在第几层?

上一回介绍的是入门书,帮助理解氢能社会的整体面貌、碳中和以及氢能技术的基础知识。不过,真要考虑氢能相关业务时,光靠这些还不够。技术、政策、海外动向等方面,都需要更专业的知识。

想要积累这类知识,推荐《水素エネルギーの事典》(氢能百科事典,水素エネルギー協会编,朝仓书店,2019年3月出版)。这本书不太适合从头读到尾,更像是一本工具书——遇到不懂的关键词,随时翻查即可。

这本书的特点,不在于"拓宽知识面",而在于"加深理解"。比如开会时遇到新的技术术语,翻开这本书,就能查到专业的解说。工作中一旦有疑问,能马上查阅,这一点很实用。

除了氢能技术本身,书中还介绍了日本及世界各国的氢能政策和项目动向。企业考虑新业务时,必须了解"海外都有哪些做法""政策法规如何完善"这类信息。这本书在这方面也提供了不少有价值的内容。

其中最有特色的,是第7章《氢能系统与社会》。这一章梳理了日本等各国氢能社会的现状、氢能系统的未来图景,以及推向社会应用面临的课题。它不只把氢当作一项技术,而是放在整个社会系统里考虑如何运用,很有启发性。

这本书专业术语多,技术性讲解也不少,刚开始学氢能的人可能会觉得有点难。但打好基础后再读,理解会一下子加深很多。不论是研发部门的人员,还是负责新业务企划的人,甚至是制定企业战略的管理层,都能从中受益。氢能社会光靠基础知识做不成生意。只有了解技术的成熟度、政策方向、各国动向,企业才能判断自己该在哪个领域发力。这本书,正是为思考"下一步该怎么走"提供知识储备。

侧重氢等燃料的制造与利用技术

接下来推荐给中级读者的,是《カーボンニュートラルへの化学工学~CO2分離回収、資源化からエネルギーシステム構築まで》(迈向碳中和的化学工程——从CO2分离回收、资源化到能源系统构建,化学工学会编,丸善出版,2023年11月出版)。这本书和上一回介绍的《图解カーボンニュートラル》一样,讲的是整个脱碳社会。但内容更专业,尤其侧重能源和燃料的制造、利用技术。比如以CO2为原料合成甲烷等燃料的"甲烷化"技术、CO2的分离回收和资源化技术(CCUS)、生物质利用、燃料制造工艺等,书中对支撑碳中和的各项技术都有详细讲解。

要实现碳中和,氢能虽是理想选择,但光靠氢气满足不了全部能源需求,这并不现实。因此,一边有效利用回收的CO2一边制造燃料的技术,以及善用现有碳资源的技术,在未来的能源社会中同样重要。这本书,能帮助读者理解"氢能与其他技术之间的关系"。

负责编写的日本化学工学会,是一直推动化学工程领域研究及产学官合作的团体。这本书由活跃在一线的研究者和工程师撰写,内容有扎实的技术支撑,专业术语比入门书多不少。相应地,参考文献也很丰富,可以当作深入研究某个主题的"入口"。

另外,对于想借着氢能这个切入点,把兴趣扩展到合成燃料、绿色燃料、CO2有效利用等更广泛能源领域的人来说,这本书也很值得一读。它没有只聚焦氢能,而是放眼整个燃料领域来思考碳中和,能帮助读者加深对整个能源系统的理解。

研究的起点是阿波罗计划!两本感受氢能社会历史的书

为了学习氢能社会,东京大学先端科学技术研究中心氢能领域教授河野龙兴,为大家推荐好书。这是系列的最后一回。这次介绍两本书。一本让河野教授走上氢能研究之路,另一本他已经读了40多年。

阿波罗计划带来的氢能兴趣

我对氢能产生兴趣,要追溯到小学时代。当时的班主任专攻理科,很少照本宣科,上课方式很独特。有一次课上,他给我们演示了水的电解实验。看到水分解出氢气和氧气,我很吃惊。老师又说了一句:"这种氢气也用在宇宙飞船上。"从那一刻起,我的心一下子被拉进了宇宙和氢的世界。

这里说的宇宙飞船,指的是美国国家航空航天局(NASA)在1961年到1972年间实施的"阿波罗计划"。这是人类首次载人登月计划,其间六次成功实现载人登月。阿波罗飞船上,正是靠氢氧燃料电池来发电的。

我读过不少描写阿波罗计划的作品,其中印象最深的是《Apollo 13》(James Lovell、Jeffrey Kluger著,Mariner Books,2006年2月出版)。作者James Lovell正是阿波罗13号的船长。1970年4月,飞船在飞往月球途中氧气罐发生爆炸,登月计划被迫放弃。之后,三名宇航员与地面指挥中心齐心协力,克服重重困难,最终奇迹般生还。

这本书的魅力在于,故事是由"当事人"亲口讲述的。不只是宇航员,NASA的地面控制人员、工程师等许多相关人员,是如何集思广益、朝着同一个目标努力的,书中写得很有临场感。

虽然写的是50多年前的事,但读到当年技术人员的构思能力和技术水平,至今仍让人惊叹。和现在相比,当时的计算机性能差了不知多少个数量级,能用的技术也很有限。即便如此,NASA还是设计出了飞往月球的飞船,并且在极限状态下把全体乘员安全带回了地球。这种综合实力,对从事制造业和研发工作的人来说,能带来很多启发。

这本书后来成为1995年电影《阿波罗13号》的原著,汤姆·汉克斯在片中担任主演。电影真实再现了飞船内部与地面指挥中心之间紧张的沟通过程,在全球引起了很大反响。

《Apollo 13》在日本也出过译本,可惜日文版目前已经绝版。不过Kindle版和英文原版的平装书现在依然能买到,非常推荐大家找来读一读。

支撑我研究人生40多年的一本书

这个系列最后想推荐的,是《水素エネルギー読本》(氢能源读本,水素エネルギーシステム研究会著,オーム社,1982年1月出版)。这本书出版已经超过40年,但我至今仍放在手边,需要的时候随时翻阅。前面提到过,我对氢能的兴趣始于小学时代,长大后这份兴趣也没有改变。当我想要"更系统地学习氢能知识"时,遇到的正是这本书。

这本书的过人之处,在于系统梳理了实现氢能社会所需的各项技术。现在人们常说,"制造、运输、储存、使用"是氢能社会的四大基本要素,而这本书在40多年前,就已经涵盖了与这四要素相关的全部技术。比如氢气的制造方法、液氢的运输技术、氢燃气轮机和燃料电池等利用技术,甚至把氢作为化工原料使用的思路,书中都有广泛而深入的讲解。那个年代还没有"碳中和"这个词,也没有"绿氢"这个概念,但书中已经提到利用太阳能等与今天一脉相承的构想,这种前瞻性令人惊讶。

氢能技术其实并不是什么新事物。只是长期以来化石燃料一直占据主导地位,很多技术始终没能走向社会应用,经历了一段"沉睡的时期"。而现在,氢能技术重新受到关注。每次看到这样的动向,我都会感觉:"这本书里描绘的未来,终于开始变成现实了。"

这个系列一共三回,介绍了学习氢能社会所需的书籍。最后想再强调一点:氢能技术的大部分成果,并不是近些年突然冒出来的,而是建立在几十年研究开发积累之上的。如今,在实现碳中和、能源政策转型、提升能源安全保障等大背景下,这些技术真正能为社会所用的时代,已经近在眼前。氢能社会不是靠单一技术就能实现的。多种技术和无数人的努力汇聚在一起,才能塑造出这样的未来。希望这个系列,能成为大家思考氢能未来的一个契机。

河野龙兴

东京大学先端科学技术研究中心 氢能领域教授。1993年进入东芝公司,此后20多年从事能源与环境相关的事业开发工作,历任东芝亚太公司水研究中心主任等职。

2016年起担任日本东北大学金属材料研究所特任教授,2022年起任现职,即东京大学先端科学技术研究中心教授。专业领域为氢能技术、蓄电池、水处理。主要研究方向包括可再生能源来源燃料(氢气、甲烷等)的利用,以及利用可再生能源加氢能的分布式能源管理等。