為什麼不用電解水反應產生氫氣作為燃料?

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為什麼不用電解水反應產生氫氣作為燃料?

利用電解水生成的氫氣和氧氣,氫氣是清潔能源,副產品氧氣既可以供氫氣燃燒,又可以供呼吸作用,從理論上講“百利而無一害”,而且相應的硬體技術也已經開發出來了。但需要強調的是:當前製氫的主要方法還是對碳氫化合物進行蒸汽改質。

究其原因還是“成本”二字。現階段電力系統和氫能源最直接的聯絡之一就是使用氫能源的交通設施,比如燃料電池汽車。但相較於直接充電的電動汽車,如果氫能源汽車的燃料來源是電解水,則增加了一道工序,那也就意味著相應的能量損耗和額外的裝置需求造成了成本上升。

那麼我們為什麼還要研究電解水技術呢?首先燃料電池汽車真實存在,隨著燃料汽車的推廣(雖然相對緩慢),加氫的需求必然是越來越大的。相較於工業提煉方式,電解水反應的兩種主要原料(水和電力)基本都可以就地取材,這也就避免了氫燃料在工業提煉後到加氫站的運輸環節。

其次,當前電池領域在技術革新上不可否認地出現了一些瓶頸。從能量密度的角度上來說,氫儲能的這一參數會更高。所以如果我們把能源的生產成本與其對應的儲能成本加在一起去考慮的話,氫能源在未來也未必不可與電力配電池一戰。另外從充放速度上來考慮,電池恐怕也無法與氫氣和汽油這類燃料的儲存裝置相匹敵。那麼在能源互聯的大背景下,電力儲能方式的多樣化也是一種必然的選擇。

只是相較於直接使用電力,電解水看起來貌似還是有些貴。電解水生氫的加氫站成本主要來源於三部分:電解裝置的平攤成本(考慮到裝置的使用壽命);加氫站的加氫裝置和儲氫裝置成本(也需要考慮到裝置的使用壽命);以及發電和輸配電成本。

可以明確的是前兩點屬於裝置成本,只有技術提升或是大規模生產才能進一步降低。所以當前“最容易”降低的是第三點,也就是用電成本。

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想要讓電解生氫變得經濟可行,首先需要將其用電成本盡一切可能降低。比如丹麥這種風力發電資源豐富的國家,經常會出現電力富餘的情況,甚至出現負電價。那麼在這種環境下與其切掉多餘的風電,不如將它們利用起來,比如說用來電解水生氫。

■知乎ID:Kevin Zhang,曼徹斯特大學電氣工程博士在讀

能不能通過分析大腦構造來判別一個人的特別能力?

這個方向有很多人在研究,比如在心理學上,有個概念叫心理特質(psychological trait),指的是一個人跨時間、跨情境穩定的心理特點,是和其他人的區別所在。相對的,神經特質(neural trait)指的就是跨時間、跨情境穩定的大腦特徵。換句話說,神經特質就是你的腦子和別人的腦子有什麼不同。如果我們相信大腦是心理活動的基礎,那麼理論上講,對於各種心理特質,都應該能夠找到與之對應的神經特質。

在實際研究中,我們需要從某個具體的方面來描述神經特質。一個常見的角度是大腦的解剖形態,也就是腦子“長什麼樣”。解剖形態又可以進一步細分,研究最多的是大腦灰質形態。一般認為大腦灰質主要負責加工運算,白質則主要負責資訊的傳遞。

在灰質形態方面,2000年《Science》上發表了一篇開創先河的研究,發現倫敦計程車司機的海馬灰質體積比一般人大一些,而且開車的年限越長,體積越大。從這個研究開始,許多研究者投身到這個領域,這幾年逐漸做到了高階的心理特質,比如性格、自尊,乃至幸福感,都能找到一些腦區形態的相關。不過,有些研究發現一個區域如果長得大,功能就比較強,另一些研究則發現區域長得小,功能就比較強。這個層面的灰質大小和更微觀的神經元層面到底有什麼關係,目前還不是很清楚。

除此之外,神經特質還有一個重要的方面,就是每個人獨特的神經網路活動模式。即使我們什麼也不幹,大腦也會有持續不斷的自發神經活動,由此得到的神經網路一般稱之為靜息態網路(resting-state networks)。每個人的靜息態網路活動模式都是獨特的,存在個體差異。關於它的研究現在非常火爆,我國學者也有許多重要的貢獻。

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不過,到目前為止,神經特質研究還在起步階段,許多研究發現的效應並不是很強,心理特質的個體差異只有大概不到20%的部分可以被神經特質所解釋。這個比例在統計上可能有意義,如果用在一個人群中,也確實能夠預測一些東西,但如果用來推測一個人的心理特質,誤差就很大了。

■知乎ID:沉默的馬大爺,心理學博士

假如發生地震,地鐵會怎麼樣?

以狹義的地鐵(在地下隧道行駛的地鐵)為例,地鐵可以說是地震中最安全的地方之一。當然這並不是說地鐵絕對不可能壞,而是如果連地鐵都壞了,那地面上的建築物差不多基本就都壞了。

原因很簡單,地震對建築物造成破壞的方法主要是地面運動引發的慣性力。地面動了,建築物的基礎跟著地面一起動,但是建築物的主體部分因為慣性並不會移動,還會保持停留在原來位置的狀態,這就造成了慣性力。

最簡單的類比,你站在公交車上,沒有抓任何扶手,這時候公交車突然急加速或者急剎車,你一定會被甩得前仰後合。因為你的腳跟著公交車發生了急加速或者急減速,但是你的身體還在保持慣性,而且你的身體集中了你的大部分質量,所以你就會被身體產生的慣性力甩倒。

而地鐵本身位於地下,所有的質量都在地面以下,也就是說,不會有維持慣性的那一部分地面以上的質量。同樣的類比,高樓大廈像是你不抓扶手站在公交車上,而地鐵就像是你趴在公交車地板上,或者像是你躺在公交車底盤和地板之間,這時候,不管公交車怎麼加速減速,你都不會被甩出去。

■知乎ID:豬小寶,一級註冊結構工程師

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