㈠ 氢能源的开发与利用
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,相继差晌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“火”——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。科学家们还发现,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,生租腊成氢气。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,所虚型锋以既安全,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。
㈡ 氢能源的开发与利用主要在哪些方面
氢能是一种二次能源,它是通过一定的方法利用其他能源制取的,而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。随着石化燃料消耗量的日益增加,其储量日益减少,终有一天这些资源将要枯竭,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。
氢的用途很广,适用性强。它不仅能用做燃料,而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能。例如,储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领,可将热量储存起来,作为房间内取暖和空调使用。
氢作为气体燃料,首先被应用在汽车上。1976年5月,美国研制出一种以氢作燃料的汽车;后来,日本也研制成功一种以液态氢为燃料的汽车;20世纪70年代末期,前联邦德国的奔驰汽车公司已对氢气进行了试验,他们仅用了500克氢,就使汽车行驶了110千米。用氢作为汽车燃料,不仅干净,在低温下容易发动,而且对发动机的腐蚀作用小,可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合,完全可省去一般汽车上所用的汽化器,从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是,只要在汽油中加入4%的宽银氢气。用它作为汽车高蠢发慎念宴动机燃料,就可节油40%,而且无须对汽油发动机作多大的改进。氢气在一定压力和温度下很容易变成液体,因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用做汽车、飞机的燃料,也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭,都是用液态氢做燃料的。
㈢ 氢能源有哪些用途
氢能源是一种二次能源,它是通过一定的技术利用其它能源而制取的,不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。但是由于目前所用的煤、石油、天然气等能源属于不可再生能源,地球的存量是有限的,而人类又时刻离不开能源,随着世界经济的发展,石化燃料的耗量也随之日益增加,促使其储量也日益减少,终有一天这些资源就会枯竭,因此开发更多的新能源已迫在眉睫,人们迫切需要寻找一种不依赖化石燃料、储量丰富的新型含能体能源。
如何利用太阳能生成“氢”,是世界各国都想知道的答案。科学家们指出,发展氢能源,将为建立一个美好、环保的新世界迈出重要一步。
在大自然中,氢的分布非常广泛。其中水中含有11%的氢,可谓是氢的大“仓库”。氢的主体是以化合物水的形式存在的,而地球表面约有70%的水,储水量很大,因此可以说,氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法把氢从水中制取出来,那么氢也将是一种价格相当低廉的能源,会被人们广泛利用。
经试验表明,在燃烧同等重量的煤、汽油和氢气的情况下,从产生的能量上看氢气产生的能量最多,而且它燃烧之后的产物只有水,不会产生灰渣和废气,不会污染环境;而煤和石油燃烧会生成二氧化碳和二氧化硫,它们会分别产生温室效应和酸雨。地球上煤和石油的储量是有限的,而氢主要存在于水中,燃烧后剩下的唯一产物也是水,还可以源源不断地产生氢气,永远都不会用完,因此,在众多的新能源中,氢能是21世纪最理想的能源。
氢是一种无色无味历友的气体,每一克氢燃烧后能释放出142千焦尔的热量,是一克汽油发热量的3倍。氢的重量非常轻,它比天然气、汽油、煤油的重量都轻,因而其携带和运送都很方便,也是用于航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料。氢在氧气里可以燃烧,其火焰的温度可高达2500℃,因而人们也常用氢气焊接或者切割钢铁等材料。
氢的用途很广泛,适用性也很强。它不仅可以用作燃料,而且金属氢化物还具有化学能、机械能和热能相互转换的功能。氢作为气体燃料,首先被应用在了汽车上。世界一些国家很早就制造出了以液态氢为燃料的汽车。用氢作为汽车燃料,不仅环保,在低温下可以很容易就能发动,而且对发动机的腐蚀也很小,可以延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气可以均匀的混合,完全可以省去一般汽车上所用的汽化器装置,从而使现有的汽车构造更加简单、节约原材料。此外更令人惊讶的是,只要在汽油中加入4%的氢气,用它作为汽车发动机的燃料,竖誉就可以节油40%,降低了汽车的耗油量,而且还不需要对汽油发动机作很大的改进。
另外,使用氢燃料的电池还可以把氢能直接转化成电能,从而使人们能更方便的使用氢能。迄今为止,这种燃料电池已经被使用在了宇宙飞船和潜水艇上,其效果很不错。但是,由于其成本较高,短时间内还难以被普遍使用。
氢气在一定的温度和压力下很容易转变成液体,因而用铁罐车、轮船运输或者公路拖车运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、火车、飞机余烂段等交通工具的燃料,也可用作火箭、导弹等航空工具的燃料。
现在世界上使用的氢绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的,这就对本来就很紧缺的矿物燃料造成的进一步的威胁,影响了人们生产的长远利益;而少量的氢是通过电解水的方法制取的,但因此消耗了很多的电能,从经济利益上看很不划算,那么人们通过什么办法才能制取大量的、廉价的氢能呢?
随着人们对太阳能的研究和利用的不断发展,人们已开始准备利用阳光来分解水来制取氢气。根据科学家的研究,除了从水中制取氢以外,还可以利用微生物产生氢气。
时至今日,氢能源的制取和利用已经成为了新能源的发展趋势,氢能源不仅能人们带来取之不尽用之不竭的能量,还可以使人们的环境更环保,因此,我们要不断努力,探求更多更好的方法来摄取和利用氢能源。
㈣ 用途广泛的氢能还有哪些方面
氢能的用途很广泛,除了上文所说的用作燃料以外,也能用于发电,这主要是通过燃烧氢的方式来实现。目前,各种大型发电站,无论是水电、火电还是核电,都是把发出的电送往电网,再由电网输送给用户。但是,由于终端用户的负荷不同,电网有时是高峰,有时是低谷。在用电高峰时期,经常会出现“电荒”,电力供不应求;在用电低谷时期,发出的电还有剩余。
为了调节峰荷,电网中常常需要启动既快又灵活的发电站,而氢能发电最适合扮演这个角色。利用氢气和氧气燃烧,组成氢氧发电机组。这种机组是火箭型内燃发动机配以发电机,结构简单,维修方便,启动迅速,要开即开,要停即停,不需要复杂的蒸汽锅炉系统。在电网低负荷时,还可吸收多余的电来进行电解水,生产氢和氧,以备高峰时发电用。这种调节作用对于电网运行是非常有利的。
另外,氢和氧还可以直接改变常规火力发电机组的运行情况,提高电站的发电能力。例如,氢氧燃烧组成磁流体发电,利用液氢冷却发电装置,进而提高机组功率等。更新的氢能发电方式是氢燃料电池,这是利用氢和氧(成空气)直接经过电化学反应而产生电能的装置。换句话说,就是水电解槽产生氢和氧的逆反应。
这种新型的发电方式已引起世界的关注。20世纪70年代以来,日本、美国等加紧研究各种燃料电池,现在已经进入商业性开发阶段。日本已建立万千瓦级燃料电池发电站,而美国有30多家厂商在开发燃料电池。德国、英国、法国、荷兰、丹麦、意大利和奥地利等过也有20多家公司投入到燃料电池的研究中。
燃料电池理想的燃料是氢气,因为它是电解制氢的逆反应。燃料电池的主要用途除了建立固定电站外,还特别适合做移动电源和车船的动力,因此也是今后氢能利用的孪生兄弟。
此外,氢能在人们的生产生活中也有着不可忽视的作用。氢气在氧气中燃烧放出大量的热,其火焰——氢氧焰的温度高达3000℃,可以用来焊接或切割金属。氢气还在冶金、化学工业等方面有着广泛的应用。
氢能也广泛应用在民用生活中。燃料电池发电系统在民用方面的应用主要有氢能发电、氢介质储能与输送以及氢能空调、冰箱等。其中有的已经得到实际应用,有的正在开发,有的尚处于探索之中。目前,美国、日本和德国已经有少量的家庭用质子交换膜燃料电池提供能源。居民家庭使用的燃料电池一般都在50千瓦以下,目前的燃料电池技术完全可以满足居民家庭能源供应的需要。氢能进入家庭后,可以用作取暖的燃料。这主要是由于氢能的热值高,而且远远高于其他燃料。氢燃烧后能够放出更多的热,是非常理想的供暖燃料。寒冷的冬天里,我国各地,尤其是北方,基本上都依靠燃烧煤炭供暖。大规模燃烧煤炭会造成空气中二氧化硫的含量骤增导致环境污染,危害人体健康。此外,二氧化硫与水结合还可能会形成酸雨。如果使用氢能取暖,氢气燃烧的产物只有水,非常干净,也就不会破坏环境。这样人们就可以摆脱二氧化硫对大气的污染了。
除了用于家庭取暖,氢能也可以作为做饭的燃料。目前城市居民主要用天然气做饭,虽说天然气是一种较好的能源,但它的主要成分是甲烷,甲烷燃烧后会产生温室气体二氧化碳。用氢气作燃料,就能减少温室气体的排放量。
氢能进入家庭后,还可以解决生活污水的处理问题。我们洗衣服、洗手等生活废水经过对某些离子的适当处理,可以作为制取氢气的燃料。这不仅节约了水资源,还减少了废水排出后的污染。将来人们完全可以在家中制取氢。人们只要打开自来水的开关,水流通过专门的机器,分解后就可以制成氢气,这样便可以随时使用到清洁的氢能。氢气在制取、燃烧和处理等多个环节都不会对环境产生影响,也就是说,氢能不仅能提高空气质量,还能解决一系列的环境问题,因此是真正清洁的能源。
根据最新资料显示,氢能在人类的生命延续中也发挥着巨大的作用。日本医科大学太田成男教授等在分析氢对培养细胞的影响时发现,氢能够清除一种氧化能力极强、对肌体有害的活性氧——氢氧根离子。活性氧被认为是导致细胞老化的原因之一。研究人员用老鼠做实验,在试验中,让人为导致脑梗塞的一组实验鼠吸入浓度为2%的氢气,而对另一组不采取任何措施,研究氢气是否可以防止活性氧导致的脑细胞老化死亡。结果显示,吸入氢气的实验鼠脑细胞死亡的数量不到对比组的一半。这个发现为人们提供一个思路:可以利用氢制造出一种阻止人体细胞老化的特殊“药物”,从而能够延缓衰老。知识点
㈤ 氢能利用形式都有什么
氢能利用形式有以下几种:
一、交通
近年来,我国政府给予了大量补贴和优惠政策,鼓励燃料电池车的发展。目前国内商用燃料电池车保有量达2000~3000辆,其中有1000辆在运行。由全球环境基金(GEF)、联合国开发计划署(UNDF)和我国科技部(MOST)支源渣兄持的“中国燃料电池公共汽车商业化示范项目”自2003年起已陆续开展三期。全国已有十几个城市开通了燃料电池公共汽车示范线。
二、发电
可再生能源发电目前在我国所有电力供应中占比虽不大,但随着人们对环保的重视以及可再生能源技术的成熟,越来越多的可再生能源电力即将投用。然而,可再生能源电力供应的一大弊端是不稳定,需要配备电厂,目前以煤电作为补充较为普遍。未来煤电比例将会越来越低,以氢能燃气轮机发电来弥补可再生能源发电将成为一种解梁键决方案。
三、建筑的热电联供
建筑供热是氢能利用的重要方向,未来建筑供热用氢占比将大于发电用氢。
四、高质量的热源
主要用于雹袭蓝宝石、单晶硅、特种钢等的生产。
五、基本化工原料
除了传统用途,如制造合成氨、石油加氢精制之外,一些新的利用方向值得关注。例如,在减排CO2方面,可以利用现场生成的CO2,以及富CO2气体,和氢气反应生成甲醇并进一步向化学链下游发展。
㈥ 氢能有哪些神奇的作用
知识点:氢能,指的就是以氢以及其同位素为主体的反应中释放出来的能量,包括氢核能与氢化学能。
初中的化学课上,我们学到,氢位于元素周期表之首,它的原子序数为1,是所有原子中最小的。在常温常压下,氢为气态;而在超低温、高压下,它又化身为液态。
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㈦ 氢能利用详细资料大全
氢能利用,是指将氢能转化为电能、热能等加以利用。
氢能是一种二次能源,它是通过天然气重整、电解水、太阳能光合作用、生物制氢等其它能源制取的,而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完颂蠢全依靠化石燃料。
㈧ 氢能指得是什么有什么好处
氢能 【hydrogen energy】【】 通过氢气和氧气反应所产生的能量。氢能是氢的化学能,氢在地球上主要以化合态的形式出现,是宇宙中分布最广泛的物质,它构成了宇宙质量的75%。由于氢气必须从水、化石燃料等含氢物质中制得,因此是二次能源。工业上生产氢的方式很多,常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等。氢能具有以下主要优点:燃烧热值高,每千克氢燃烧后的热量,约为汽油的3倍,酒精的3.9倍,焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水,是世界上最干净的能源。资源丰富,氢气可以由水制取,而水是地球上最为丰富的资源。目前,氢能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段搜谨。
煤炭石油等矿物燃料的广泛使用,已对全球环境造成严重污染,甚至对人类自身的生存造成威
胁。同时矿物燃料的存量,是一个有限量,也会随着过度开采而枯竭。因此,当前在设法降低现有常
规能源(如煤、石油等)造成污染环境的同时,清洁能源的开发与应用是大势所趋。氢能是理想的清洁能源之一,已广泛引起人们的重视。氢不仅是一种清洁能源而且也是一种优良的能源载体,具有可储的特性。储能是合理利用能量的一种方式。太阳能、风能分散间歇发电装置及电网负荷的峰谷差或
有大量廉价电能能都可以转化为氢能储存,供需要时再使用,这种储能方式分散灵活。氢能也具有可
输的特性,如在一定条件下将电能转化为氢能,输氢较输电有一定的优越性。科学家认为,氢能在二
十一世纪能源舞台上将成为一种举足轻重的能源。
l、氢的产生途径
1.1电解水制氢.
水电解制氢是目前应用较广且比较成熟伏岁的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的
逆过程,因此只要提供一定形式一定能量,则可使水分解。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在
75-85%,其工艺过程简单,无污染,但消耗电量大,因此其应用受到一定的限制。利用电网峰谷差电解水制氢,作为一种贮能手段也具有特点。我国水力资源丰富,利用水电发电,电解水制氢有其发展前景。太阳能取之不尽,其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢缺漏睁能系统,国外已进行实验性研究。随着太阳电池转换能量效率的提高,成本的降低及使用寿命的延长,其用于制氢的前景不可估量。同时,太阳能、风能及海洋能等也可通过电制得氢气并用氢作为中间载能体来调节,贮存转化能量,使得对用户的能量供应更为灵活方便。供电系统在低谷时富余电能也可用于电解水制氢,达到储能的目的。我国各种规模的水电解制氢装置数以百计,但均为小型电解制氢设备,其目的均为制提氢气作料而非作为能源。随着氢能应用的逐步扩大,水电解制氢方法必将得到发展。
1.2矿物燃料制氢
以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制取氢气是主要的方法。该方法在我国都具有成熟的工艺,并建有工业生产装置。
(1)煤为原料制取氢气
在我国能源结构中,在今后相当长一段时间内,煤炭还将是主要能源。如何提高煤的利用效率及
减少对环境的污染是需不断研究的课题,将煤炭转化为氢是其途径之一。
以煤为原料制取含氢气体的方法主要有两种:一是煤的焦化(或称高温干馏),二是煤的气化。焦化是指煤在隔绝空气条件下,在90-1000℃制取焦碳副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组成中含氢气55-60%(体积)甲烷23-27%、一氧化碳6-8%等。每吨煤可得煤气300-350m3,可作为城市煤气,
亦是制取氢气的原料。煤的气化是指煤在高温常压或加压下,与气化剂反应转化成气体产物。气化
剂为水蒸汽或氧所(空气),气体产物中含有氢有等组份,其含量随不同气化方法而异。我国有大批中小型合成氢厂,均以煤为原料,气化后制得含氢煤气作为合成氨的原料。这是一种具有我国特点的取得氢源方法。采用OGI固定床式气化炉,可间歇操作生产制得水煤气。该装置投资小,操作容易,其气体产物组成主要是氢及一氧化碳,其中氢气可达60%以上,经转化后可制得纯氢。采用煤气化制氢方法,其设备费占投资主要部分。煤地下气化方法近数十年已为人们所重视。地下气化技术具有煤
资源利用率高及减少或避免地表环境破坏等优点。中国矿业大学余力等开发并完善了"长通道、大断
面、两阶段地下煤气化"生产水煤气的新工艺,煤气中氢气含量达50%以上,在唐山刘庄已进行工业性试运转,可日产水煤气5万m3,如再经转化及变压吸附法提纯可制得廉价氢气,该法在我国具有一定开发前景.我国对煤制氢技术的掌握已有良好的基础,特别是大批中小型合成氨厂的制氢装置遍布各地,为今后提供氢源创造了条件。我国自行开发的地下煤气化制水煤气获得廉价氢气的工艺已取得
阶段成果,具有开发前景,值得重视。
(2)以天然气或轻质油为原料制取氢气
该法是在催化剂存在下与水蒸汽反应转化制得氢气。主要发生下述反应:
CH4+H2O→CO+H2
CO+H2O→COZ+HZ
CnH2h+2+Nh2O→nCO+(Zh+l)HZ
反应在800-820℃下进行。从上述反应可知,也有部分氢气来自水蒸汽。用该法制得的气体组
成中,氢气含量可达74%(体积),其生产成本主要取决于原料价格,我国轻质油价格高,制气成本贵,采用受到限制。大多数大型合成氨合成甲醇工厂均采用天然气为原料,催化水蒸汽转化制氢的工艺。我国在该领域进行了大量有成效的研究工作,并建有大批工业生产装置。我国曾开发采用间歇式天然气蒸汽转化制氢工艺,制取小型合成氨厂的原料,这种方法不必用采高温合金转化炉,装置投资成本低。以石油及天然气为原料制氢的工艺已十分成熟,但因受原料的限制目前主要用于制取化工原
料。
(3)以重油为原料部分氧化法制取氢气
重油原料包括有常压、减压渣油及石油深度加工后的燃料油,重油与水蒸汽及氧气反应制得含氢
气体产物。部分重油燃烧提供转化吸热反应所需热量及一定的反应温度。该法生产的氢气产物成本
中,原料费约占三分之一,而重油价格较低,故为人们重视。我国建有大型重油部分氧化法制氢装置,用于制取合成氢的原料。
1.3生物质制氢
生物质资源丰富,是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物制氢。
(1)生物质气化制氢
将生物质原料如薪柴、麦秸、稻草等压制成型,在气化炉(或裂解炉)中进行气化或裂解反应可制得含氢燃料。我国在生物质气化技术领域的研究已取得一定成果,在国外,由于转化技术的提高,生物质气化已能大规模生产水煤气,其氢气含量大大提高。
(2)微生物制氢
微生物制氢技术亦受人们的关注。利用微生物在常温常压下进行酶催反应可制得氢气。生物质
产氢主要有化能营养微生物产氢和光合微生物产氢两种。属于化能营养微生物的是各种发酵类型的
一些严格厌氧菌和兼性厌氧菌)发酵微生物放氢的原始基质是各种碳水化合物、蛋白质等。目前已有
利用碳水化合物发酵制氢的专利,并利用所产生的氢气作为发电的能源。光合微生物如微型藻类和
光合作用细菌的产氢过程与光合作用相联系,称光合产氢。
1.4其它合氢物质制氢
国外曾研究从硫化氢中制取氢气。我国有丰富的H25资源,如河北省赵兰庄油气田开采的天然气中H多含量高达90%以上,其储量达数千万吨,是一种宝贵资源,从硫化氢中制氢有各种方法,我国在90年代开展了多方面的研究,各种研究结果将为今后充分合理利用宝贵资源,提供清洁能源及
化工原料奠定基础。
1.5各种化工过程副产氢气的回收
多种化工过程如电解食盐制碱工业、发酵制酒工艺、合成氨化肥工业、石油炼制工业等均有大量
副产氢气,如能采取适当的措施进行氢气的分离回收,每年可得到数亿立方米的氢气。这是一项不容
忽视的资源,应设法加以回收利用。目前化工厂副产氢气的回收,可提供一种较为廉价的氢源,应予
以重视。
2、氢的解和运输
氢在一般条件下是以气态形式存在的,这就为贮存和运输带来了很大的困难。氢的贮存有三种
方法:高压气态贮存;低温液氢贮存;金属氢化物贮存。
2.l气态贮存
气态氢可贮存在地下库里,也可装人钢瓶中,为减小贮存体积,必须先将氢气压缩,为此需消耗较多的压缩功。一般一个充气压力为 20mp的高压钢瓶贮氢重量占只1.6%;供太空用的钛瓶储氢重量
也仅为5%。为提高贮氢量,目前正在研究一种微孔结构的储氢装置,它是一微型球床。微型球系薄
壁(1—10um),充满微孔(l0-10um),氢气贮存在微孔中,微型球可用塑料、玻璃、陶瓷或金属制造。
2.2、低温液氢贮存
将氢气冷却到-253℃,即可呈液态,然后,将其贮存在高真空的绝热容器中,液氢贮存工艺首先
用于宇航中,其贮存成本较贵,安全技术也比较复杂.高度绝热的贮氢容器是目前研究的重点,现在一种间壁间充满中孔微珠的绝热容器已经问世。这种二氧化硅的微珠导热系数极小,其颗粒又非常细
可完全抑制颗粒间的对流换热,将部分镀铝微珠(一般约为3%-5%)混入不镀铝的微珠中可有效地
切断辐射传热。这种新型的热绝缘容器不需抽真空,其绝热效果远优于普遍高真空的绝热容器,是一
种理想的液氢贮存罐,美国宇航局已广泛采用这种新型的贮氢容器。
2.3、金属氢化物贮存
氢与氢化金属之间可以进行可逆反应,当外界有热量加给金属氢化物时,它就分解为氢化金属并
放出氢气。反之氢和氢化金属构成氢化物时,氢就以固态结合的形式储于其中,用来贮氢的氢化金属
大多为由多种元素组成的合金。目前世界上己研究成功多种贮氢合金,它们大致可以分为四类:一是
稀土锎镍等,每公斤锎镍合金可贮氢153L。二是铁一钛系,它是目前使用最多的贮氢材料,其贮氢量
大,是前者的4倍,且价格低,活性大,还可在常温常压下释放氢,给使用带来很大的方便。三是镁系,这是吸氢量最大的金属元素,但它需要在287℃下才能释放氢,且吸收氢十分缓慢,因而使用上受限制。四是钒、铌、锆等多元素系,这类金属本身属稀贵金属,因此进一步研究氢化金属本身的化学物理性质,包括平衡压力一温度曲线、生成食转化反应速度,化学及机械稳定性等,寻求更好的贮氢材料仍是氢开发利用中值得注意的问题。带金属氢化物的贮氢装置既有固定式也有移动式,它们既可作为氢燃料和氢物料的供应来源,也可用于吸收废热,储存太阳能,还可作氢泵或氢压缩机使用。
2.4、氢气的运输
氢虽然有很好的可运输性,但不论是气态氢还是液氢,它们在使用过程中都存在在着不可忽视的
特殊问题,首先,由于氢特别轻,与其他燃料相比在运输和使用过程中单位能量所占的体积特别大,即使液态氢也是如此。其次,氢特别容易泄漏,以氢作燃料的汽车行驶试验证明,即使是真空密封的氢燃料箱,每24h的泄漏率就达2%,而汽油一般一个月才泄漏1%,因此对贮氢容器和输氢管道、接头、阀门都要采取特殊的密封措施。第三,液氢的温度极低,只要有一点滴掉在皮肤上就会发生严重的冻伤,因此在运输和使用过程中应特别注意采取各种安全措施。
3、氢能利用
早在第二次世界大战期间,氢即用作A—2火箭发动机的液体推进剂。1960年液氢首次用作航天动力燃料。1970年美国发射的"阿波罗"登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢作燃料。现在氢已是火箭领域的常用燃料了。对现代航天飞机而言,减轻燃料自重,增加有效载何变得更为重要。氢的能量密度很高,是普遍汽油的3倍,这意味着燃料的自重可减轻2/3,这对航天飞机无疑是极为有利的。今天的航天飞机以氢作为发动机的推进剂,以纯氧分为氧化剂,液氢就装在外部推进剂桶内,每次发射需用 1450m3,重约100t。
现在科学家们正在研究一种"固态氢"的宇宙飞船。固态氢既作为飞船的结构材料,又作为飞船
的动力燃料。在飞行期间,飞船上所有的非重要零件都可以转作能源而"消耗掉"。这样飞船在宇宙
中就能飞行更长的时间。
氢是21世纪重要的能源载体。以氢为燃料的燃料电池,燃烧时氢与氧结合生成水,是一种洁净的发电技术,顺应了全球的环保大趋势。
当前,世界著名的汽车厂商,为发展环保型汽车,加紧更新传统的车用燃料,纷纷决定采用氢能,掀起了一场氢能汽车开发的热潮。实验证明,使用氢燃料电池的汽车排放的碳仅为常规内燃机的
30%,造成的大气污染仅为内燃机的5%,美国汽车工业协会预测,到2002年,美国将生产约50万-
100万辆氢能汽车。
除汽车外,200年开始,美国、欧洲和日本将在飞机上推广氢燃料。据欧洲空中客车飞机公司预
测,最迟将于2002年,欧洲生产的飞机可大规模采用液氢为燃料。由于液态氢的工作温度为-253℃,因此必须改进目前的飞机燃料系统。德国戴姆勒一奔驰航空公司和俄罗斯航空公司已从1996年开始进行试验,证实在配备有双发动机的喷气机中使用液氢,其安全性有足够的保证。另外,由于同等重量的氢和汽油相比,氢提供的能量是汽油的3倍,但即使液态氢也需要4倍于汽油的容积,从而飞机设计师们面临的任务是将传统的机翼设计成可以容纳更多液氢的新型构造。
氢能的开发与应用研究在我国尚处于起步阶段,但随着技术进步,环境对清洁能源的要求不断提
高,氢能利用是发展的必然趋势,对氢源供应的要求必将日益增加。在发展过程中,应结合我国情况
积极开展扩大氢源、降低价格的研究,以便取得较好的经济效益和社会效益。
4、结束语
不久的将来,"氢经济社会"节省下石油、煤炭等化石燃料资源,基本废除内燃机动力系统,实现无污染排放,缓解温室效应,让环境更洁净、空气更清新。同时,氢能的使用也会带动可再生能源设备:电解水设备、燃料电池、储氢器等一系列新兴制造产业,全面推动经济发展。而核聚变电站、太阳能电站、风力电站及潮汐电站的发展又可以与氢能技术进一步结合,把人类利用能源的水平提高到新的水平。
总之,氢能的研究与开发有广宽的前景,随着氢能应用领域的逐步成熟与扩大,必然推动制氢方
法研究与开发。适合我国国情的廉价的氢源供应又将会进一步促进氢能的应用,为改善环境造福人
民作出贡献。
㈨ 氢能有什么作用
氢是一种可燃烧的理想新能源,是世界上仅次于闭迅氧的最丰富的元素。它以化合物的形式储于水与化石燃料等物质中,可以通过热解、电解、热化学、光解等方法制取氢。每公斤液氢燃烧的发热值为14.2万焦耳,相当于汽油发热值的24倍,并和空气中的氧化合产生蒸汽,凝结成水及少量氧化氮,不会污染环境,是可以再生和再循环的洁净能源。
氢储存方法有高压气态储存、低温液氢储存、化学储存及金属氢化物储存四种,其中金属氢化物储存系统最有发展前景。
目前,国外对氢能的科技开发研究十分重视,美国、俄国、德国、日本及沙特阿拉伯等国都积极开展氢能研究。随着制氢和储轿缺此氢技术的成熟,经济可行氢能将应用于航空、航天、火箭、机车、汽车、冶炼、化工、发电等领域。
欧扮粗洲将利用核能发展氢能技术:加拿大利用丰富水资源电解水制氢;美国已开始利用太阳能制氢,预计到2020年可规划建成供30万辆燃料电池汽车,使用城市供氢系统。同时在利用核能发展氢能研究上也有新的突破。
日本把氢能利用和国际洁净能源利用技术列为“新日光计划”的主要发展内容。
从世界能源发展的趋势看,预计新世纪制氢技术将和清洁煤转化、核能发电、太阳能发电、风能、水能发电及燃料电池发电形成系统。随着新世纪的来临,氢能的开发与应用可望得到飞速的发展,最终代替燃油在航空和汽车上得到应用。