【文章內(nèi)容簡介】 燒產(chǎn)物是水，不會(huì)產(chǎn)生大量的烴、 CO、 CO SO2和有機(jī)酸，造成環(huán)境污染等種種突出的優(yōu)勢，因此科學(xué)家們預(yù)測氫能將在未來的能源體系中占有一席之地，它與電力將成為 21世紀(jì)能源體系的兩大支柱。但是，氫能要成為新能源結(jié)構(gòu)的支柱，還需要在氫氣的制取、氫氣的儲(chǔ)存與運(yùn)輸以及氫能的利用方面繼續(xù)開展研究。開發(fā)制氫新技術(shù)，將主要考慮以水為原料，達(dá)到水分解制氫，氫燃燒生成水的循環(huán)過程。由于氫大量存在于水中，因此利用水制氫一旦技術(shù)成熟，達(dá)到實(shí)用化后，以氫為能源結(jié)構(gòu)主要支柱便成為可能。 制氫新技術(shù)的研發(fā) ? 目前世界上氫氣大部分以石油、天然氣和煤為原料制取，小部分來自電解水等。 開發(fā)制氫新技術(shù)，將主要考慮以水為原料，原則上要求制氫技術(shù)滿足大型化、高效率、低成本，使氫氣得到應(yīng)用。 電解水制氫 ? 電解水制氫，關(guān)鍵是耗能問題。以電能換氫能，成本很高。但是，通過太陽光發(fā)電或熱發(fā)電以及海洋能、生物質(zhì)能、地?zé)崮堋⒎羌夥遑?fù)荷的原子能電站產(chǎn)生的電能來制氫，可以降低氫的成本。同時(shí)，也需要開發(fā)低電耗、高效率的電解水制氫新技術(shù)。日本開發(fā)了高溫加壓法，將電解水的效率提高到 75%；美國建成一種 SPE工業(yè)裝置，能量效率達(dá) 90%；我國研制了雙反應(yīng)器制氫工藝。先進(jìn)的 PEM電解工藝，是一種可逆的電／氫轉(zhuǎn)換裝置，是燃料電池和產(chǎn)氫的電解槽的統(tǒng)一，總轉(zhuǎn)換效率可達(dá) 95%。 熱化學(xué)循環(huán)制氫 ? 目前已研究出 100多種分步熱化學(xué)循環(huán)流程制氫工藝。利用太陽能或高溫氣冷堆原子能電站的熱能，使反應(yīng)不斷循環(huán)進(jìn)行，達(dá)到連續(xù)制氫的目的。 太陽能光解水制氫 ? 利用半導(dǎo)體電極的光電化學(xué)效應(yīng)制成太陽能光電化學(xué)電池，以水為原料，在太陽光照射下制取氫。雖然太陽能光解水制氫在實(shí)驗(yàn)室己取得突破性進(jìn)展，但仍有電極材料、電池結(jié)構(gòu)、電催化、光化學(xué)反應(yīng)及光腐蝕穩(wěn)定性等一系列技術(shù)和理論上的難題需要解決，才能達(dá)到實(shí)用化。 生物質(zhì)能制氫 ? 利用植物的光合作用分解水制氫或產(chǎn)氫細(xì)菌在太陽光照射下制氫。這些方法仍屬實(shí)驗(yàn)室探索階段。 美國開發(fā)出制氫新技術(shù) ? 美國科學(xué)家開發(fā)出一種用多糖制取氫的新技術(shù)。 ? 以這項(xiàng)技術(shù)為基礎(chǔ)，未來的氫動(dòng)力汽車將攜帶易于存儲(chǔ)的碳水化合物，如淀粉。碳水化合物和水在特殊的酶作用下分解產(chǎn)生氫氣，然后通過燃料電池產(chǎn)生電力，驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。 ? 據(jù)美國科學(xué)促進(jìn)會(huì) EurekAlert網(wǎng)站報(bào)道，這一成果是美國弗吉尼亞理工大學(xué)、橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室和佐治亞大學(xué)的科學(xué)家共同取得的，論文發(fā)表在 《 公共科學(xué)圖書館 》 雜志上。 ? 淀粉、纖維素等碳水化合物含有大量的氫，但它們非常穩(wěn)定，只有在酶的作用下才會(huì)分解。在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，科學(xué)家利用合成生物學(xué)的方法，使用由 13種酶組成的混合物，將碳水化合物和水轉(zhuǎn)變成二氧化碳和氫氣。 ? 實(shí)驗(yàn)顯示，這一反應(yīng)在大約 30攝氏度和 1個(gè)大氣壓的條件下即可發(fā)生。將二氧化碳抽掉后，氫氣進(jìn)入燃料電池產(chǎn)生電力。在反應(yīng)中，氫是主要產(chǎn)物，效率比自然界里厭氧菌分解生物物質(zhì)產(chǎn)生氫的效率高 3倍，每磅（約 0． 45公斤）氫的成本可能低于 1美元。 718所制氫技術(shù)：電解水制氫 氫氣干燥純化裝置 氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸 ? 氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸是氫能開發(fā)利用中極為重要的技術(shù)，因此氫氣的儲(chǔ)存和輸送技術(shù)的研究十分重要。氫氣常用高壓氣體儲(chǔ)存、低溫液氫儲(chǔ)存及現(xiàn)在正在開發(fā)的金屬儲(chǔ)氫材料的固體儲(chǔ)存。輸送方式除一般的交通工具以外，還有管道運(yùn)輸方式。 高壓氣體儲(chǔ)存和運(yùn)輸 ? 大量用作化工原料的氫氣是將氫氣壓縮到 1520MPa，用高壓容器儲(chǔ)存。氫氣大量長期儲(chǔ)存還可以利用山洞、廢礦洞、巖洞、地下洞做儲(chǔ)氫庫。用車、船運(yùn)輸。然而，氫氣的重量只占容器重量的 1%2%，且處于高壓下，因此在經(jīng)濟(jì)上和安全上都不可取。歐美采用管道遠(yuǎn)距離輸送氫氣。美國休斯敦的空分公司通過φ100300mm管道，把純度 %H2，輸送近100km，以 。用管道運(yùn)輸?shù)膬?yōu)越性在于：可以把現(xiàn)有的天然氣和城市煤氣管道輸送系統(tǒng)改造為氫氣輸送系統(tǒng)。 低溫液體儲(chǔ)存和運(yùn)輸 ? 在 ℃ 的深冷狀態(tài)下將氫氣液化，氫體積大大縮小，用杜瓦瓶或真空絕熱容器儲(chǔ)存，用液氫罐車或槽車運(yùn)送。液氫儲(chǔ)罐或儲(chǔ)槽的重量約為高壓鋼瓶重量的 1/61/10，相對(duì)來說容器重量減輕。液氫同樣可以用真空絕熱管道輸送。但液化氫氣的能耗較大，對(duì)真空絕熱的要求比較高，存在氫氣蒸發(fā)損耗。 金屬儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)存和運(yùn)輸 ? 由于高壓氣儲(chǔ)運(yùn)及液態(tài)氫儲(chǔ)運(yùn)方式存在著不安全、能耗高、儲(chǔ)量小、經(jīng)濟(jì)性差等重大缺陷，最有前景、安全經(jīng)濟(jì)的氫氣儲(chǔ)運(yùn)方式是用金屬氫化物儲(chǔ)氫材料。 儲(chǔ)氫合金主要有三大系列：以 LaNi5為代表的稀土系儲(chǔ)氫合金系列；以TiFe為代表的鈦系儲(chǔ)氫合金；以 Mg2Ni為代表的鎂系儲(chǔ)氫材料。 氫的應(yīng)用 ? [在工業(yè)上的用途 ] 用作化工原料，生產(chǎn)化肥、染料、塑料、甲醇及油類和脂肪的氫化等。 ? [在民生上的用途 ] ? 氫可取代天然氣及煤氣為居民生活取暖、烹煮、加熱水等提供能源。 ? [在交通運(yùn)輸方面的用途 ] 氫可做合成燃料替代石油，用于汽車、飛機(jī)、船舶上。氫的燃燒熱值為 142kJ/gH2，石油為 48kJ/g。燃燒產(chǎn)物是水，對(duì)環(huán)境污染低，主要問題仍在于降低制氫的成本，解決氫的儲(chǔ)運(yùn)等。 ? [在航空航天上的用途 ] 氫目前最重要的用途之一是作為航空航天工業(yè)用燃料，通過液氫、液氧燃燒產(chǎn)生的巨大推力將火箭等送上太空。 ? [燃料電池發(fā)電和儲(chǔ)能 ] 燃料電池通過氫氣與氧氣或空氣的化學(xué)反應(yīng)得到直流電，其發(fā)展按電解質(zhì)的不同可分為：堿性（ AFC）、磷酸型（ PAFC）、熔融碳酸鹽（ MCFC）、固體氧化物（ SOFC）、固體聚合物（ SPEFC）、質(zhì)子交換膜（ PEMFC）等。用燃料電池發(fā)電，能量密度大、發(fā)電效率高， PEMFC的效率可達(dá) 70%以上。只要能降低重量和成本，用燃料電池取代內(nèi)燃機(jī)，便可大大提高燃料能源效率、減少污染。另外，還可將太陽能等可再生能源轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲(chǔ)存，然后通過燃料電池再轉(zhuǎn)換成電能。因此，氫燃料電池是未來電動(dòng)汽車、電動(dòng)船舶的理想電源，己用于航天飛船做電源。 ? [太陽能 氫能系統(tǒng) ] 所謂太陽能 氫能系統(tǒng)，即是太陽能 電能 氫能 電能的轉(zhuǎn)換過程。把氫作為季節(jié)性儲(chǔ)能介質(zhì)，夏季陽光充足時(shí)，光發(fā)電送入電解裝置供電解水制氫并儲(chǔ)存氫氣，將太陽能轉(zhuǎn)換成氫的化學(xué)能；冬季通過燃料電池將氫轉(zhuǎn)換成電能。其技術(shù)要點(diǎn)在于開發(fā)利用太陽能的光伏陣列與電解裝置的最佳配合，即電解裝