超級電腦能否實現夢想中的氫經濟|

超級電腦能否實現夢想中的氫經濟

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杜瑋峻｜國家實驗研究院高速網路與計算中心育才與推廣組

氫經濟（Hydrogen Economy）是美國通用汽車公司（General Motors, GM）早在1970年提出的一個全新形態的能源系統。在這個經濟系統下，整個能源從生產、配送、貯存到實際運用均由無污染、無二次公害的氫氣擔當要角。在過去爆發的三次世界石油危機時，氫經濟都會被人們再次拿出來認真的檢討一番。不過，每次氫能源的利用卻也只是但聞樓梯響，不見人下來。甚至一直拖到了2009年開創氫經濟觀念的通用汽車宣布破產重組了，如何高效率的製造氫氣這個氫經濟中最基本的要件，也都沒有一個可靠的實踐技術。

雖然氫是全宇宙中含量最豐富的元素，但地球大氣中的氫分子卻是少得可憐，只有區區不到百萬分之一的含量。目前工業上製造氫超過90%以上都是由天然氣而來，常見方法為將純氧在高溫下通過甲烷，便可生成氫氣與二氧化碳。但如此一來依舊需要消耗化石燃料，而且其不時產生的副產品如一氧化碳等不但有碳排放的問題，其毒性也是一大麻煩。地球上最豐富的「氫礦」是在水中，科學家們很自然地將目光放在了自水中提取氫氣的議題上。電解水產生氫氣是一種為人們所周知的方法，但產生氫氣所需要的大量電力從何而來顯然也是一件令人傷透腦筋的事。

使用二氧化鈦（TiO₂）作為觸媒製造氫氣，是近年來十分受到重視的方法。理論上，只要在一個鈦原子與氧原子適當排列表面上淋上水，再加上陽光的照射，就能產生出人們所需要的氧氣。但這個表面上「適當」的排列卻是大有學問，如何讓不需要花費太多的時間和資源，就能讓表面的羥基（OH）均勻分布，一直是科學家們努力突破的重點。良好的羥基分布，不但能讓反應效率更好，也能避免產生的氫分子和表面上的雜質再結合，使得好不容易完成的過程前功盡棄。

由於二氧化鈦構成的表面非常複雜，因此現在國際上的研發團隊莫不使用超級電腦進行模擬，尋找研發的突破點。國網中心研究團隊對於二氧化鈦的表面反應機制研究，長期也有進行密切關注。未來解決了生產氫氣的經濟問題之後，氫氣的儲存、運輸和使用依然有著許多問題需要克服。超級電腦在接下來的工業產品設計上，依然有著許多可以發揮的場域。無污染的能源系統是一條漫漫長路，在眾多科學家的努力下，或許氫經濟這個四十年前的構想，終能有實現的一日。

資料來源

轉載自「國研院高速網路與計算中心80期電子報」

天然氣(42) 一氧化碳(7) 甲烷(40) 科發月刊(5221)

超級電腦能否實現夢想中的氫經濟

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