Question

如果催化剂以很低的成本把水分解成氧气和氢气，人类能摆脱能源问题吗？

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Answer 1

先说结论：不能。

催化剂只能加速化学反应的发生，但是不能改变化学反应的热力学性质。由于把水分解成氧气和氢气是一个从低能量状态到高能量状态的过程，因此把水分解必须要能量的输入。

目前常见的分解水的方法有哪些呢？热解法、电解法和光催化法。

热解法就是直接加热，让水分解为氢气。这个反应能够发生的温度非常高，需要上千摄氏度，给水加热本身就需要能量的输入。工业上有所谓的水煤气变换反应，这是将水和甲烷混合加热，最后能产生二氧化碳和氢气。这个反应的温度能在几百度发生。不过这个反应的实质是用高能量的甲烷弥补水分解的需要的能量，因为甲烷本身包含丰富的化学能。

电解法是很常见的制备氢气的方法。这就是中学反应，通过对电极加一个电压，让水分别在阴阳极分解为氢气和氧气。这个过程需要电能的输入。根据热力学第二定律，这个反应输入的电能能量总量必然是大于产生的氢气的能量。因此这是一个亏本的买卖，不过也很有前途。因为如果我们能通过可再生能源获取电能，那么我们就能得到绿色的氢气。

唯一不需要我们付出太多代价的就是光催化的方法。通过加入催化剂，在光照的情况下，利用太阳能将水分解为氢气。这个过程仍然是需要能量输入，只不过这时的直接能量是太阳能，我们不需要输入其他的能量。不过太阳能的能量密度太低了，我们从光催化中获取氢气的能量不会比太阳光的能量高。

虽然看起来光催化获取氢气的方法能够解决掉很大一部人类的能量需求，不过除了使用催化剂加快反应速度外，还有别的问题。比如光分解水得到的氢气和氧气是混在一起的。如果要使用氢能的话，还需要将它们分离，气体分离也需要消耗额外的能量。目前利用太阳能最佳的路径还是用太阳能电池直接发电。

综上，催化剂不能完全解决人类能源的问题。

Answer 2

人类并不能依靠催化剂摆脱能源问题，因为催化剂只起到加速化学反应的作用，并不能改变化学反应的热力学性质。而由于把水分解成氧气和氢气是一个从低能量状态到高能量状态的过程，因此把水分解必须要能量的输入，催化剂只能加速这一过程，但并不能节约所需的能量。

Answer 3

这是不是永动机的另一个版本？只是换了一个包装，从孤立的机械系统切换到了容易迷惑人的能源生产领域，但这个本质是不会变的！因为万变不离其宗，在没有额外能量加入到这个生产环节时，内部的能量并不会增加，反而会因为各种损失而消耗本身的能源！但也许有几个方式来变通下，将难以收集的能源转换成我们可以利用的能源

Answer 4

人类并不能摆脱能源问题，因为催化剂最多只是加速化学反应而已。