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为什么不用电解水反应产生氢气作为燃料?

《科技生活》周刊||热度 ( )

为什么不用电解水反应产生氢气作为燃料?

利用电解水生成的氢气和氧气,氢气是清洁能源,副产品氧气既可以供氢气燃烧,又可以供呼吸作用,从理论上讲“百利而无一害”,而且相应的硬件技术也已经开发出来了。但需要强调的是:当前制氢的主要方法还是对碳氢化合物进行蒸汽改质。

究其原因还是“成本”二字。现阶段电力系统和氢能源最直接的联系之一就是使用氢能源的交通设施,比如燃料电池汽车。但相较于直接充电的电动汽车,如果氢能源汽车的燃料来源是电解水,则增加了一道工序,那也就意味着相应的能量损耗和额外的设备需求造成了成本上升。

那么我们为什么还要研究电解水技术呢?首先燃料电池汽车真实存在,随着燃料汽车的推广(虽然相对缓慢),加氢的需求必然是越来越大的。相较于工业提炼方式,电解水反应的两种主要原料(水和电力)基本都可以就地取材,这也就避免了氢燃料在工业提炼后到加氢站的运输环节。

其次,当前电池领域在技术革新上不可否认地出现了一些瓶颈。从能量密度的角度上来说,氢储能的这一参数会更高。所以如果我们把能源的生产成本与其对应的储能成本加在一起去考虑的话,氢能源在未来也未必不可与电力配电池一战。另外从充放速度上来考虑,电池恐怕也无法与氢气和汽油这类燃料的储存设备相匹敌。那么在能源互联的大背景下,电力储能方式的多样化也是一种必然的选择。

只是相较于直接使用电力,电解水看起来貌似还是有些贵。电解水生氢的加氢站成本主要来源于三部分:电解设备的平摊成本(考虑到设备的使用寿命);加氢站的加氢设备和储氢设备成本(也需要考虑到设备的使用寿命);以及发电和输配电成本。

可以明确的是前两点属于设备成本,只有技术提升或是大规模生产才能进一步降低。所以当前“最容易”降低的是第三点,也就是用电成本。

想要让电解生氢变得经济可行,首先需要将其用电成本尽一切可能降低。比如丹麦这种风力发电资源丰富的国家,经常会出现电力富余的情况,甚至出现负电价。那么在这种环境下与其切掉多余的风电,不如将它们利用起来,比如说用来电解水生氢。

■知乎ID:Kevin Zhang,曼彻斯特大学电气工程博士在读 

能不能通过分析大脑构造来判别一个人的特别能力?

这个方向有很多人在研究,比如在心理学上,有个概念叫心理特质(psychological trait),指的是一个人跨时间、跨情境稳定的心理特点,是和其他人的区别所在。相对的,神经特质(neural trait)指的就是跨时间、跨情境稳定的大脑特征。换句话说,神经特质就是你的脑子和别人的脑子有什么不同。如果我们相信大脑是心理活动的基础,那么理论上讲,对于各种心理特质,都应该能够找到与之对应的神经特质。

在实际研究中,我们需要从某个具体的方面来描述神经特质。一个常见的角度是大脑的解剖形态,也就是脑子“长什么样”。解剖形态又可以进一步细分,研究最多的是大脑灰质形态。一般认为大脑灰质主要负责加工运算,白质则主要负责信息的传递。

在灰质形态方面,2000年《Science》上发表了一篇开创先河的研究,发现伦敦出租车司机的海马灰质体积比一般人大一些,而且开车的年限越长,体积越大。从这个研究开始,许多研究者投身到这个领域,这几年逐渐做到了高级的心理特质,比如性格、自尊,乃至幸福感,都能找到一些脑区形态的相关。不过,有些研究发现一个区域如果长得大,功能就比较强,另一些研究则发现区域长得小,功能就比较强。这个层面的灰质大小和更微观的神经元层面到底有什么关系,目前还不是很清楚。

除此之外,神经特质还有一个重要的方面,就是每个人独特的神经网络活动模式。即使我们什么也不干,大脑也会有持续不断的自发神经活动,由此得到的神经网络一般称之为静息态网络(resting-state networks)。每个人的静息态网络活动模式都是独特的,存在个体差异。关于它的研究现在非常火爆,我国学者也有许多重要的贡献。

不过,到目前为止,神经特质研究还在起步阶段,许多研究发现的效应并不是很强,心理特质的个体差异只有大概不到20%的部分可以被神经特质所解释。这个比例在统计上可能有意义,如果用在一个人群中,也确实能够预测一些东西,但如果用来推测一个人的心理特质,误差就很大了。

■知乎ID:沉默的马大爷,心理学博士

假如发生地震,地铁会怎么样?

以狭义的地铁(在地下隧道行驶的地铁)为例,地铁可以说是地震中最安全的地方之一。当然这并不是说地铁绝对不可能坏,而是如果连地铁都坏了,那地面上的建筑物差不多基本就都坏了。

原因很简单,地震对建筑物造成破坏的方法主要是地面运动引发的惯性力。地面动了,建筑物的基础跟着地面一起动,但是建筑物的主体部分因为惯性并不会移动,还会保持停留在原来位置的状态,这就造成了惯性力。

最简单的类比,你站在公交车上,没有抓任何扶手,这时候公交车突然急加速或者急刹车,你一定会被甩得前仰后合。因为你的脚跟着公交车发生了急加速或者急减速,但是你的身体还在保持惯性,而且你的身体集中了你的大部分质量,所以你就会被身体产生的惯性力甩倒。

而地铁本身位于地下,所有的质量都在地面以下,也就是说,不会有维持惯性的那一部分地面以上的质量。同样的类比,高楼大厦像是你不抓扶手站在公交车上,而地铁就像是你趴在公交车地板上,或者像是你躺在公交车底盘和地板之间,这时候,不管公交车怎么加速减速,你都不会被甩出去。

■知乎ID:猪小宝,一级注册结构工程师

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