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氢能源
来源:www.hhoko.com作者:Kevin
文章附图

氢能是一种二次能源,它是通过一定的方法利用其它能源制取的,而不像煤、石油、天然气可以直接开采,今下几乎完全依靠化石燃料制取得到,如果能回收利用工程废氢,每年大约可以回收到大约1亿立方米,这个数字相当可观。

特点

氢能是公认的清洁能源,作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。21世纪,我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划,并且目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展,在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一,也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。

当今世界开发新能源迫在眉睫,原因是所用的能源如石油、天然气、煤,石油气均属不可再生资源,地球上存量有限,而人类生存又时刻离不开能源,所以必须寻找新的能源。随着化石燃料耗量的日益增加,其储量日益减少,终有一天这些资源、能源将要枯竭,这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时,人们期待的新的二次能源。氢位于元素周期表之首,原子序数为1,常温常压下为气态,超低温高压下为液态。作为一种理想的新的合能体能源,它具有以下特点:

重量最轻:标准状态下,密度为 0.0899g/l,-252.7℃时,可成为液体,若将压力增大到数百个大气压,液氢可变为金属氢

导热性最好:比大多数气体的导热系数高出10倍。

普遍元色:据估计它构成了宇宙质量的 75%,除空气中含有氢气外,它主要以化合物的形态贮存于水中,而水是地球上最广泛的物质。据推算,如把海水中的氢全部提取出来,它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。

回收利用:利用氢能源的汽车排出的废物只是水,所以可以再次分解氢,再次回收利用。

理想的发热值:除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,为142,351kJ/kg,是汽油发热值的3倍。

燃烧性能好 :点燃快,与空气混合时有广泛的可燃范围,而且燃点高,燃烧速度快

无毒:与其他燃料相比氢燃烧时最清洁,除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化

碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质,少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境,且燃烧生成的水还可继续制氢,反复循环使用。产物水无腐蚀性,对设备无损。

利用形式多:既可以通过燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功,又可以作为能源材料用于燃料电池,或转换成固态氢用作结构材料。

多种形态:以气态、液态或固态的金属氢化物出现,能适应贮运及各种应用环境的不同要求。

耗损少:可以取消远距离高压输电,代以远近距离管道输氢,安全性相对提高,能源无效损耗减小

利用率高:氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患,利用率高。

运输方便:氢可以减轻燃料自重,可以增加运载工具有效载荷,这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。

减少温室效应:氢取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应

开发与利用

时至今日,氢能的利用已有长足进步。自从1965年美国开始研制液氢发动机以来,相继研制成功了各种类型的喷气式和火箭式发动机。美国的航天飞机已成功使用液氢做燃料。我国长征2号、3号也使用液氢做燃料。利用液氢代替柴油,用于铁路机车或一般汽车的研制也十分活跃。氢汽车靠氢燃料、氢燃料电池运行也是沟通电力系统和氢能体系的重要手段。

世界各国正在研究如何能大量而廉价的生产氢利用太阳能来分解水是一个主要研究方向,在光的作用下将水分解成氢气和氧气,关键在于找到一种合适的催化剂。如今世界上有50多个实验室在进行研究,但至今尚未有重大突破,但它蕴育着广阔的前景。

随着太阳能研究和利用的发展,人们已开始利用阳光分解水来制取氢气。在水中放入催化剂,在阳光照射下,催化剂便能激发光化学反应,把水分解成氢和氧。例如,二氧化钛和某些含钌的化合物,就是较适用的光水解催化剂。人们预计,一旦当更有效的催化剂问世时,水中取”——制氢就成为可能,到那时,人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水,再加入光水解催化剂,那么,在阳光照射下,水便能不断地分解出氢,成为发动机的能源。

本世纪70年代,人们用半导体材料钛酸锶作光电极,金属铂作暗电极,将它们连在一起,然后放入水里,通过阳光的照射,就在铂电极上释放出氢气,而在钛酸锶电极上释放出氧气,这就是我们通常所说的光电解水制取氢气法

学家们还发现,一些微生物也能在阳光作用下制取氢。人们利用在光合作用下可以释放氢的微生物,通过氢化酶诱发电子,把水里的氢离子结合起来,生成氢气。前苏联的科学家们已在湖沼里发现了这样的微生物,他们把这种微生物放在适合它生存的特殊器皿里,然后将微生物产生出来的氢气收集在氢气瓶里。这种微生物含有大量的蛋白质,除了能放出氢气外,还可以用于制药和生产维生素,以及用它作牧畜和家禽的饲料。人们正在设法培养能高效产氢的这类微生物,以适应开发利用新能源的需要。

引人注意的是,许多原始的低等生物在新陈代谢的过程中也可放出氢气。例如,许多细菌可在一定条件下放出氢。日本已找到一种叫做红鞭毛杆菌的细菌,就是个制氢的能手。在玻璃器皿内,以淀粉作原料,掺入一些其他营养素制成的培养液就可培养出这种细菌,这时,在玻璃器皿内便会产生出氢气。这种细菌制氢的效能颇高,每消耗五毫升的淀粉营养液,就可产生出25毫升的氢气。

美国宇航部门准备把一种光合细菌——红螺菌带到太空中去,用它放出的氢气作为能源供航天器使用。这种细菌的生长与繁殖很快,而且培养方法简单易行,既可在农副产品废水废渣中培养,也可以在乳制品加工厂的垃圾中培育。

对于制取氢气,有人提出了一个大胆的设想:将来建造一些为电解水制取氢气的专用核电站。譬如,建造一些人工海岛,把核电站建在这些海岛上,电解用水和冷却用水均取自海水。由于海岛远离居民区,所以既安全,又经济。制取的氢和氧,用铺设在水下的通气管道输入陆地,以便供人们随时使用。

中国氢能行业发展分析

氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源,人类对氢能源应用自200年前就产生了兴趣,到20世纪70年代以来,世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能源研究。

氢燃料电池技术,一直被认为是利用氢能,解决未来人类能源危机的终极方案。上海一直是中国氢燃料电池研发和应用的重要基地,包括上汽、上海神力、同济大学等企业、高校,也一直在从事研发氢燃料电池和氢能车辆。随着中国经济的快速发展,汽车工业已经成为中国的支柱产业之一。2007年中国已成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车市场。与此同时,汽车燃油消耗也达到8000万吨,约占中国石

油总需求量的1/4。在能源供应日益紧张的今天,发展新能源汽车已迫在眉睫。用氢能作为汽车的燃料无疑是最佳选择。

虽然燃料电池发动机的关键技术基本已经被突破,但是还需要更进一步对燃料电池产业化技术进行改进、提升,使产业化技术成熟。这个阶段需要政府加大研发力度的投入,以保证中国在燃料电池发动机关键技术方面的水平和领先优势。这包括对掌握燃料电池关键技术的企业在资金、融资能力等方面予以支持。除此之外,国家还应加快对燃料电池关键原材料、零部件国产化、批量化生产的支持,不断整合燃料电池各方面优势,带动燃料电池产业链的延伸。同时政府还应给予相关的示范应用配套设施,并且支持对燃料电池相关产业链予以培育等,以加快燃料电池车示范运营相关的法规、标准的制定和加氢站等配套设施的建设,推动燃料电池汽车的载客示范运营。有政府的大力支持,