氢能的研究方向及发展

氢能的研究方向及发展（精选6篇）

篇1：氢能的研究方向及发展

某旗发展氢能及燃料电池汽车产业现状分析

通过对全国氢燃料电池汽车产业链发展情况及前景分析,根据 XX 旗发展燃料电池汽车的产业优势、发展路径及产业布局,现我旗已初步具备发展氢燃料电池汽车产业相应的基础条件: 一是具备获取氢气工业附产的途径。中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司现有 3 套制氢装置,包括煤制氢装置 2 套、天然气制氢装置 1 套。拥有设计氢气产能35万标准立方米/小时,实际氢气产量27万标准立方米/小时的先决条件。按各装置设计运行周期测算,年氢气产量约21.048 亿标准立方米,所产氢气纯度均≥99.5%,目前全部用于煤直接液化加氢,可根据需要扩大天然气制氢装置的富余生产能力。经初步测算,煤制氢目前成本约 0.7 元/标准立方米,天然气制氢成本高于 1 元/标准立方米(受原料价格影响较大)。项目于 2020 年 8 月获国家能源集团批复立项,计划于2021年6月完成关键设备订购,2022年3月建成投用,2022年 10 月结题。目前已完成现场甩头施工,下阶段将寻求技术合作商,开展 EPC 合同招标。

二是通过招商引资建立氢能产业合作储备项目。新源动力股份有限公司总投资 200 亿元的氢能产业集群项目已落户于 XX 旗鄂尔多斯江苏工业园区,2020 年 8 月 13 日,鄂尔多斯

市人民政府、XX 旗人民政府已与新源动力股份有限公司签署战略合作框架协议。该项目将建设国内领先的氢能产业集群园区,包括氢燃料重卡研发中心;氢燃料重卡制造、改装和运营基地;氢能制造生产、储运,氢能综合示范站,氢能源重卡产业链数据采集及管理平台等氢能产业配套项目。项目总投资200亿元,用地2平方公里,分两期开发,一期用地1000亩,二期用地 2000 亩。通过整合国内外氢能产业上下游产业链和相关优势资源,共同打造鄂尔多斯具有国际一流水准的现代化氢能产业示范集群产业基地。

三是国电电力鄂尔多斯“风光火储”一体化综合智慧能源基地现正在进行项目前期筹备工作,可行性研究报告正在编制。综合能源基地的建设在 XX 旗采用“新能源弃电制氢”的方式在降低弃电率的同时产生氢气,制氢方式为电解水制氢,具有明显的成本优势。制氢设备投运后,在制氢设备完全满负荷运行时,扣除检修期间制氢量,年制氢量可达 2.78 亿Nm3,年耗电量 13.91 亿 kWh。

篇2：氢能源发展研究现状

关键词：氢能源,发展,安全性

氢是宇宙中质量最小, 分布最广的气体, 如果用做能源, 它将成为我们“永远的燃料”。而且氢分子中没有碳原子, 所以燃烧时没有二氧化碳排出。氢能源不像石油能源有地理差异——这是导致世界近现代局部战争的罪魁祸首, 氢能源是贫民能源, 地球上随处都可以找到氢。氢能源无疑是我们人类最理想的能源之一, 但近两年来我国不少相关专家对氢能源的利用开发研究持怀疑态度。对此, 本文通过从氢能源的各国发展状况、制造、存储、运输、安全性等方面进行研究并提出了不同的看法和建议。

1 氢能源在国内外的发展状况

1.1 美国

美国由于国内各种政治力量和集团利益间的博弈, 所以政府在氢能发展计划上表现的摇摆不定。2003年, 布什政府投资17亿美元, 启动Freedom.CAR氢燃料开发计划, 该计划提出了氢能工业化生产技术、氢能存储技术、氢能应用等重点开发项目。而去年奥巴马政府大规模消减了美国能源部中关于燃料电池和氢能的计划开支, 其2011财年预算资助仅为1.37亿美金, 比2010年下降21%。但美国企业界一直热衷于氢能源的发展, 在2010美国氢协会氢能会议展览会报告上Proton Energy Systems公司董事长Tom Sullivan宣布计划到2012年将建成缅因州和迈阿密州之间的氢能高速公路。

1.2 日本

日本是一个资源匮乏的国家所以在研究氢能方面比较早, 目前燃料电池是日本氢能的主要发展研究方向。日本政府为推动氢燃料电池汽车的发展, 启动实施了一系列政府专项计划和补贴政策予以支持, 如WE-NET计划、燃料电池示范项目 (JHFC Project) 等。2010年日本经济产业省的预算大约是140 000亿日元 (1 000亿英镑) 。日本的目标是到2015年, 要使2 000辆燃料电池汽车跑在公路上并建设15个加氢站台;到2025年达到200万辆燃料电池汽车和1 000个加氢站。迄今, 日本燃料电池的技术开发以及氢的制造、运输、储藏技术已基本成熟。

1.3 欧盟

欧盟在2002年便对氢能源的开发和利用进行了研究。在2002-2006年欧盟第六个框架研究计划中, 对氢能和燃料电池研究的投资为2 500万～3 000万欧元。北欧五国最近又成立了“北欧能源研究机构”, 通过生物制氢系统分析, 提高生产生物氢能力[1]。

1.4 我国政府在财政上大力支持氢能源的开发利用研究

我国2001年国家“863”计划电动汽车 (不单是氢能源) 重大专项开始实施, 国家投入达8亿多, 带动企业投入共20多个亿, 发展以纯电池、燃料电池、混合动力三种动力的电动车, 国拨经费安排主要以燃料电池汽车的研究为主。历经五年, 专项结束, 取得了很大进展, 研制出了各种类型的多台样车。“863”计划先进能源技术领域2006年度计划指南中, 氢能与燃料电池技术专题年度经费预算定为7 500万元。“863”计划新材料技术领域2006年度计划指南中, 燃料电池材料关键技术的年度经费预算为750万元[2]。

最近据在天津举行的中国工业气体工业协会氢气专业委员会2010年年会上获悉, 我国氢气年产量已逾千万吨规模, 位居世界第一大产氢国;同时, 我国金属储氢材料产销量已超过日本, 成为世界最大储氢材料产销国。氢气产量和储氢材料产销量两项世界第一, 这无疑为我国开发利用新能源、加快迈入氢能经济时代创造了有利条件。其他国家如挪威、冰岛、巴西韩国等国家对氢能源的发展都给以极大的关注和热情。综合以上世界氢能源发展状况[3,4]如图1所示可知日本在这方面是走在最前头。

2 氢源的获取

氢能源的获取按来源分目前主要有如图2所示的各种方法, 其中煤气化制氢是一种具有我国特点的制氢方法, 而国外制造氢气的主要原料为天然气 (CH4) ;水电解制得的氢气纯度高, 操作简便但需耗电, 目前我国水电解主要用石棉布电介质和强碱性水溶液, 能耗大、环保差。但近年我国已经成功开发采用固体高分子离子交换膜代替石棉布作为电解质, 直接电解纯水的新技术;副产氢气主要是电解食盐水制烧碱、合成氨制化肥、煤炼焦炭等多种行业产生的大量氢气副产品。若把2005年生产焦炭时所伴生的焦炉煤气全部变压吸附提氢, 则氢气产量高达402.5亿m3, 可替代车用汽油2 421.9万吨[5]。

太阳一年中到达地球表面的能量达5.5×1026 J, 为现在全人类一年所消费能源总和的一万倍。因此如果我们能够克服太阳能的低密度及不稳定性, 将这部分“廉价”的取之不尽的能量利用起来, 将永远解决人类能源问题。如图3所示太阳能制氢方法多种多样, 且无技术困难, 关键是需要大幅度提高系统效率和降低成本[6,7]。

知道制氢的本质是“提取”水中的氢, 因此, 提取氢的方法也便多种多样, 我国研究者致力于氢的制取方法研究主要有以下六种并取得了很大成绩: (1) 水煤气-铁法制造氢气; (2) 热化学法分解制氢; (3) 甲烷 (催化) 裂解制造氢气; (4) 生物质制氢; (5) 等离子体制氢; (6) 其它含氢物质制氢, 如从硫化氢中制取氢气, 氨裂解制氢等[8,9,10,11]。

3 储存氢的方法

3.1 气氢存储

气态高压储氢是最普通和最直接的储氢方式。目前我国使用水容积为40 L的钢瓶在15 MPa高压储存氢气。这样的钢瓶只能储存6 m3标准氢气, 还不到高压钢瓶重量的1%。很明显它的缺点是储氢量小, 运输成本过高。

3.2 液氢储存

通过氢气绝热膨胀而生成的液氢也可以作为氢的储存方式。液氢沸点仅20.38 K, 气化潜热小, 仅0.91 kJ·mol/L, 因此液氢的温度与外界的温度存在巨大的温差, 稍有热量从外界渗入容器, 即可快速沸腾而导致损失。液氢的理论体积密度也只有70 kg/m3, 考虑到容器和附件的体积, 液氢系统的储氢密度还不到40 kg/m3。

液氢方式储运的优点是质量储氢密度高 (按目前的技术可以大于5%) , 但同样存在成本问题和液氢蒸发损失的问题。

3.3 固体氢储存

研究发现, 某些金属具有很强的捕捉氢的能力, 在一定的温度和压力条件下, 这些金属能够大量“吸收”氢气, 反应生成金属氢化物, 同时放出热量。其后, 将这些金属氢化物加热, 它们又会分解, 将储存在其中的氢释放出来。这些会“吸收”氢气的金属, 称作为储氢合金。常用的储氢合金有:稀土系 (AB5型) 、钛系 (AB型) 、锆系 (AB2型) 、镁系 (A2B型) 四大系列[12,13,14]。

上面三种储氢方法是目前实际应用的主流, 特别是高压储氢方法应用最为广泛。但是, 都离美国能源部的最低储氢要求还有一段距离。所以, 科学家正在积极探索新的储氢方法, 例如无机物储氢、玻璃微球储氢、储氢合金与高压复合技术、地下岩洞储氢以及高压及液氢复合技术等等。相信不久将来将有突破。

4 氢的输送

4.1 气氢输送

氢气的密度特别小, 为了提高输送能力, 一般将氢气加压, 使体积大大缩小, 然后装在高压容器中, 用船舶或牵引卡车进行较长距离的输送。在技术上, 这种运输方法已经相当成熟。

4.2 液氢输送

当液氢生产厂离用户距离较远时, 可以把液氢装在专用低温绝热槽罐内, 放在机车、卡车、船舶或者飞机上运输。这是一种既能满足较大输氢量又比较经济、快速的运氢方式。

4.3 固氢输送

用金属储氢材料储存与输送氢比较简单, 即用储氢合金储存氢气, 然后运输装有储氢合金的容器。固氢输送有如下优点: (1) 体积储氢密度高; (2) 容器工作条件温和, 不需要隔热容器和高压容器; (3) 系统安全性好, 避免爆炸危险。最大的缺点是运输效率太低 (不到1%) 。

4.4 其它输送途径

专家们已经设计并试验了没有氢气的氢输送系统即首先将氢转化为某种液体形式, 如甲醇、氨、环己烷等, 然后将这些液体送到用户, 就地制氢, 从而实现氢的高效输送。但此项技术目前还没有得到技术及经济上的详细论证[15]。

来源:美国迈阿密大学Swain博士)

5 氢能源的安全性

(1) 氢气无毒, 不像有的燃料毒性很大, 如甲醇。

(2) 氢气在开放的大气中, 很容易快速逃逸, 而不像汽油蒸汽挥发后滞留在空气中不易疏散 (这使得事故发生时它的影响范围要小得多) 。由图4的实验结果可知氢气汽车比汽油汽车在燃烧中发生爆炸时间要短很多。

(3) 氢气燃烧不冒烟, 生成水, 不会污染环境。

但氢能源的利用也有其不利因素:

(1) 氢是易燃气体、着火点能量很小, 根据文献的报导, 在空气中氢的最小着火能量仅为0.019 mJ, 在氧气中的最小着火能量更小, 仅为0.007 mJ。

(2) 氢的另一个危险性是它和空气混合后的燃烧浓度极限的范围很宽, 按体积比计算其范围为4%～75%, 因此不能因为氢的扩散能力很大而对氢的爆炸危险放松警惕[16]。

针对氢燃烧的不利因素, 法国、俄国、日本、德国、乌克兰等国都对氢的安全作了卓有成效的研究。氢的安全研究主要包括氢的行为研究及后果研究。氢行为方面研究, 主要包括氢的泄露、扩散、自燃、点火、爆燃和瞬变效果。氢后果方面研究, 主要包括射流火焰、爆炸、火球和闪火等方面的研究。物理影响主要包括由火灾或爆炸引起的超压、热辐射和碎片效应[17]。

6 结束语

目前对氢能源的开发利用主要存在三方面的质疑:一是氢能源是二次利用能源, 造价成本高, 基础设施建设更是个天文数字。但作者相信随着科技的进步, 制造、运输、存储氢的成本都将大大下降, 而基础设施的成本对于任何新燃料的更替都是一样, 当年汽油站的建设成本可谓也是天文数字;二是燃料电池车上所用铂资源的问题, 我国铂的年产量仅约为4吨, 进口约40吨, 而每50万辆燃料电池电动小轿车至少需要用10吨白金, 所以我国所能提供的铂资源远达不到支撑燃料电池电动产业化的能力。可喜的是, 麻省理工大学在今年5月份宣布已研究出一种成本较便宜的镍硼酸盐催化剂, 此催化剂可以代替寿命短、成本昂贵和制造过程有毒的铂催化剂, 在电解槽中被用来催化电解水 (湖水、河水、雨水等) 制取氢气。研究者称, 此催化剂的效率是铂催化剂效率的200倍。第三方面的质疑源于奥巴马政府在2009年财政预支上消减了对氢能计划的部分开支, 这使得我们许多专家惴惴不安, 开始全面怀疑氢经济的到来, 可我们应该明白美国政府财政预支的倾斜很大一部分是因为权力、利益集团之间的博弈, 我们不应该唯美国是瞻。氢经济的到来无疑是全人类的福音, 氢能源是贫民的能源, 它没有地理的差异, 这正合我们社会主义的宗旨。作为全世界最大的社会主义国家我们应该义无反顾的在财政上支持氢的开发运用研究。

篇3：浅析氢能的发展及展望

关键词：氢能 特点 储存 技术

随着全球人口的急剧增长和人类社会的快速发展，人类对化石资源过度开采和不合理利用现象，已经导致化石资源严重短缺、温室效应和酸雨等自然灾害频发，如果再不加以控制，人类的生存环境将进一步恶化，人类必须找到一种更好的新型能源代替即将殆尽的化石能源，并且保证这种能源对生存环境不产生破坏。氢能由于具有资源无穷无尽，燃烧热值大，并且对环境无污染等优点，当然作为首選替代品。而氢能能否得到推广，与目前的制氢技术和储氢技术密切相关。而储氢技术的关键是储氢材料，这直接影响了氢能应用的安全性和经济性。

一、氢的特点

氢是自然界存在最普遍的元素。据推算，如果把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比全球所有化石燃料放出的热量还大9 000倍。氢发热值高，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，达到121 061 J/g，是汽油的三倍。氢的燃烧产物是水，对环境无任何污染，而氢气在燃烧中产生氮氧化物，比石油基燃料低80%。氢能利用形式多，既可通过燃烧产生热能又可做能源材料用于燃料电池。氢可以以气态、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。

二、氢的储存

一般条件下氢以气态形式存在，贮存困难。常用贮存方法有：常压高压气态贮存、低温液氢贮存和金属氢化物贮存。

1.高压气态贮存

气态氢可贮存在地下库里，也可装入钢瓶中。为提高贮氢量，目前正在研究一种微孔结构的储氢装置，它是一种微型球床。微型球系薄壁（1 μm～10 μm），充满微孔（10 μm～100 μm），氢气贮存在微孔中。微型球可用塑料、玻璃和陶瓷或金属制造。

2.低温液氢贮存

将氢气冷却到- 253 ℃变为液态，然后将其贮存在高真空的绝热容器中。生产液氢一般采用膨胀剂，氨制冷和节流循环这三种液化循环。液氢贮存工艺最早用于宇航中，其成本较高，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。

3.金属氢化物贮存

现在已研究成功的多种贮氢合金可以分为四大类：一是稀土镧镍等，二是铁- 钛系，三是镁系，四是钒、铌、锆等多元素系。目前在金属氢化物贮存方面存在的主要问题是：贮氢量低、成本高及释氢温度高。

三、氢能经济的关键技术是控制制氢成本和储氢成本

探索廉价而又高效的制氢技术，开发新型高效的储氢材料和安全的储氢技术是降低氢能应用成本的关键，这是氢能能否广泛推广的重要因素。

1.制氢技术

1）化石燃料制氢 这是目前人类获取氢能的最主要方法，此技术成熟，成本低廉，但资源短缺，过程中对环境会产生污染，目前还未彻底解决。

2）水分解制氢 这种方法主要利用光化反应，热化学反应和电化学反应制氢气。光化学反应中太阳能的收集，热化学反应和电化学反应中需要的热能和电能，这是首先必须要解决的问题。

3）生物质制氢 生物制氢主要有两种途径：第一种方法主要通过厌氧发酵产生甲烷等主要气体，然后通过加工成为氢气；第二种方法是通过某些微生物（如绿藻）的代谢功能，通过光化学分解反应产生氢气。生物质制氢适合于民用燃料，大规模制氢不经济，目前还处于基础研究阶段。

4）光催化制氢 这种方法主要通过光催化来制氢，特点是效率不高，原因是太阳光利用不高、光量子产率不高、能量不匹配等，因此，目前的技术关键是研究新型的高效的光催化材料。

2.储氢材料 储氢材料一类能可逆地吸收和释放氢气的材料。它不仅决定了氢储运过程中的安全性，同时还决定了氢能运输和应用的经济性。作为储氢材料必须具备：①吸氢能力高，即能吸尽量多的氢；②储氢时生成热应尽量小，释氢时温度不能太高。③储氢和释氢的速度要求快；④导热性能优良；⑤对氧气、一氧化碳和水等杂质的抵抗力要大；⑥化学稳定性好，经久耐用，不易产生破碎粉化；⑦使用与运输时安全、可靠；⑧来源广、价廉物美等。因此开发出性能优越的储氢材料，必将推动氢能使用的快速发展。目前，人们已经开发出很多的新型储氢材料，根据储氢原理主要有两类：物理储氢技术和化学储氢技术。

1）活性炭吸附储氢 氢气在碳基材料上的物理吸附，是基于作用力弱得多的范德华力，没有联结原子的化学键的打开与生成过程，因此吸释氢条件温和，吸附热效应相对较小。活性炭具有较高的比表面积（2000m2/g），利用低温和高压条件，可吸附大量的氢气。在-120℃，5.5MPa 下，储氢量可达 4.0%（质量分数），活性炭储氢材料易得，储氢脱氢操作简单，投资费用比较低。20 世纪，科学家发现C60和纳米碳管对氢气有较强吸附能力，其吸附量可达 5-10%，特别是碳纳米管，多壁纳米碳管电极经过 100 次充放电后，可保持其最大容量的 70%，单壁纳米碳管循环充放 100 次后，可保持最大容量的 80%。但是纳米碳管材料不易获得，成本较高，机理不清。

2）金属氢化物储氢 其机理是其特殊晶格结构，在一定条件下，氢原子较容易进入金属晶格的四面体或八面体间隙中，形成金属氢化物，可储存其体积 1000-3000 倍的氢。钛铁系典型代表：TiFe，美 Brookhaven 国家实验室首先发明，特点：价格低，室温下可逆储放氢，易被氧化，但活化困难，抗杂质气体中毒能力差，实际使用时需对合金进行表面改性处理；镁系典型代表：Mg2Ni，Brookhaven 国家实验室首先报道，储氢容量高，资源丰富，价格低廉，放氢温度高（250-300℃），且动力学性能较差；钛锆系：具有 Laves 相结构的金属间化合物，原子间隙由四面体构成，间隙多，有利于氢原子的吸附，活性好。

四、氢能应用前景展望

氢能作为最清洁的可再生能源，近十多年来引起发达国家高度重视，中国近来也投入巨资进行相关技术开发研究。据了解，氢能汽车在发达国家已示范运行，中国也正在筹划引进。相信在不久的将来，随着新型的储氢材料的不断开发，氢能的应用会越来越广泛，人类生存的环境也会进一步得到改善。

参考文献：

[1]肖明珠.高密度储氢材料研究现状[N].沈阳师范大学学报，2010（2）.

[2]刘啸锋，马光，李银娥，姜婷，郑晶.储氢材料的研究与进展[A].第二届中国储能与动力电池及其关键材料学术研讨与技术交流会论文集[C].2007.

篇4：氢能的魔力

本世纪前半期，人类将以天然气为主要能源。一方面，天然气的资源暂时还比较丰富；另外，天然气也比石油和煤环保。到目前为止，世界上占主流的能源还是煤和石油，然而它们燃烧带给世界的是酸雨和全球变暖等恶果。为了抑制全球变暖的趋势，稳定能源供给，世界各国已开始开发天然气，希望以此代替煤和石油。天然气的储藏量也相当大。

比起氢气来，天然气的环保效果就差得远了。纯净的氢气不仅发热量高，而且燃烧后一点也不污染环境，不仅不会产生有毒废气，而且不会产生导致温室效应的二氧化碳，它的惟一产物是不对环境产生污染的水。氢气是可再生的燃气资源，它可以通过分解水来获得，它的产物又是水，所以，氢气简直就是取之小尽，用之不竭的新能源。既然这样，我们以前怎么沒有想到使用它呢？说到底是个成本问题，由于现在分解水获得氢气的技术还不是很完善，所以燃烧氢气的成本就比化石燃料高。随着科学技术的发展，制造氢气的成本会越来越低。德国目前已经开始进行了液体和气体氢供给基本建设项目的准备，计划到今年将建成约3000个氢充气站。

研制环保汽车已经成为伞球汽车业的主攻方向。一些大的国际汽车集团为了在产品的核心技术方面保持领先，在环保汽车产品的开发方面下了大力。利用氢气制造的氢动力燃料电池可作为汽车的动力来源，氢燃料电池是利用氮和氧（或空气）直接经电化学反应产生电能的装置。在底特律举办的2002年国际车展上，通用汽车公司“自主魔力”氢动力概念车首次亮相。由于汽车环保问题的迫切性，将很可能使得氢燃料时代提前到来。科学家预测，从2020年开始，将在天然气中加入15%的氢，到本世纪后期，人类将慢慢过渡到使用纯净氢气的时代。

篇5：氢能将取代石油？

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，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）造成环境污染的同时，清洁能源的开发与应用也是大势所趋。氢能作为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，具有可储存的特性。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、电网负荷的峰谷差使得大量廉价电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。氢能也具有可输送的特性，如在一定条件下将电能转化为氢能，输送氢较输送电有一定的优越性。科学家认为氢能在21世纪能源舞台上将成为一种举足轻重的能源。

氢能：新兴的绿色能源

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做燃料。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，增加有效载荷变得更为重要。氢的能量密度很高，是普通汽油的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100吨。

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化为能源而被“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，符合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％。

除汽车外，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，不久的将来，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。

“氢经济社会”节省了石油、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阔的前景，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。

五花八门的制氢技术

电解水制氢

水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水作为原料的制氢过程，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成氢气的效率一般在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。我国水力资源丰富，利用水电发电，电解水制氢有很好的发展前景。

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成氢气，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，其目的均为制取氢气作为原料而非作为能源。随着氢能应用的逐步扩大，水电解制氢方法必将得到发展。

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的主要方法。该方法在我国已具有成熟的工艺，并建有工业生产装置。

以煤为原料制取氢气

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，这是需要不断研究的课题，将煤炭转化为氢是其途径之一。

以天然气或轻质油为原料制取氢气

该方法是在催化剂存在下与水蒸汽反应转化制取氢气。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，制气成本高，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。以石油及天然气为原料制氢的工艺已十分成熟。

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取含有氢气的原料。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。我国已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。

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。

生物质气化制氢

将生物质原料如树枝、麦秸、稻草等压制成型，在气化炉（或裂解炉）中进行气化或分解反应可制取含氢燃料。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。

微生物制氢

微生物制氢技术亦受到人们的关注。利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可制得氢气。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。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。

其他合氢物质制氢

国外曾研究从硫化氢中制取氢气，从硫化氢中制氢有各种方法，我国在上世纪90年代就开展了多方面的研究。

各种化工过程副产氢气的回收

篇6：氢能时代拔鸡毛

记得把鸡圈、墙角里的鸡毛留着,不为羽扇纶巾,不为印第安头带,只为了用它们装氢气。氢这种在贮存和运输中每一刻都伴随高危的能源,因为太矫情,即使洁净、高效、丰富,在新能源领域也一直混得不好。氢气和氧、一氧化碳混合—爆炸;小小的电火花—爆炸;压缩过度—爆炸。此外,燃烧的时候无色无味,神不知鬼不觉。

拿什么来运输你、贮存你,宇宙中的氢气?

氢气突破了钢板

钢瓶是最初的选择,就像我们能在卖氢气球的小摊上看到的充气瓶。但是,不论橡胶还是钢片,都留不住氢气。

它会从那些人眼看不到的橡胶缝隙中溜走,而高温高压下,即使厚实的钢板也阻挡不住氢的去路。

直到碳纳米管出现,氢气才能老实呆着。碳纳米管的管身由一个又一个五边形组成,包括很多层,层与层之间只有不超过1纳米的间隔,中空层状结构让氢气有很多“房间”留宿,而逃逸出去的线路又复杂曲折,像走迷宫。

但是,当用碳纳米管做成的储氢容器应用在驱动汽车上,人们发现“问题很严重”。“为一辆汽车配备一个装满碳纳米管的燃料箱的成本将是550万美元。”美国德拉维尔大学(University of Delaware)的化学工程师理查德•伍尔(Richard Wool)估算。他花了两年时间寻找降低成本的方法,曾尝试过塑料等其他高分子聚合物来储存密度相当于空气1/14的氢气,使成本降至2万美元。可是,一个燃料箱就要这个价,没有多少人能够消受。幸运的是,伍尔现在发现了只需200美元就能搞定的材料—鸡毛。

拔了鸡毛当令箭

鸡毛的纤维结构和碳纳米管惊人地相似,在理查德•伍尔眼里,鸡毛就是督促他向氢时代狂奔的“令箭”。

全球每年要产生170亿千克鸡毛,这种通常被当作农场垃圾的纤维几乎完全由角蛋白构成,这是一种存在于毛发、爪和蹄等表皮中的蛋白质,“在人类的头发和指甲中也能发现这种蛋白质”。真正的神奇发生在高温分解之后,伍尔发现,在无氧的环境下加热这种蛋白质,它们变成了直径只有六百万分之一米的空管,管壁上还分布着许多微小的孔,温度越高,孔越多。这几乎是不要钱的碳纳米管。

实现的关键则是掌握温度。伍尔和研究员们尝试先把羽毛加热到大约215℃,这个温度刚刚好,“太高,会熔化纤维,无法形成我们想要的结构;太低,就无法巩固已经形成的结构。”中空结构和微小的孔形成之后,他们把继续加热材料,当温度到达400℃和450℃之间时,小孔增加,氢气可以吸附的表面积增加,这就相当于有更多房间让氢气住进去。

伍尔把这整个过程称为“碳化”,碳化是为让鸡毛坚挺。碳化后的鸡毛可以储存相当于自身重量1.5%的氢气。汽车行驶480千米需要大约4.5千克氢气。照此推算,如果要从北京开一辆氢燃料电动车去济南,我们需要一个284升的燃料箱,里面装着大约300千克的碳化鸡毛。虽然这既没有达到美国能源部规定的氢气燃料的成本价格标准,也不符合现实,但仍然可谓是氢能源贮存技术上的一大进步了。在碳纳米管和碳化鸡毛还没有出现的时候,一个75升的氢燃料箱在室温和室压下只能让一辆氢动力车行驶1千米左右。

目前,伍尔正在致力于解决车载存储量的问题,他的信心显然大于失望。研究人员也表示,不要忘了,温度增加的时候,让氢气吸附的小孔可是在不断增加,“除了加热之外,我们还在尝试用其他的方法提高碳化鸡毛储氢的能力。”

羽毛织就氢生活

使用碳化鸡毛做容器,能够让氢气在各个领域露相的机会大大增加。在火箭发射基地、在工厂冶炼和切割金属、精炼石油、造氢气飞艇、脆化奶油的时候,都将会看到装满碳化鸡毛的容器。也许满大街都是氢燃料动力车的日子也不远了,它们喝进去的是氢气,吐出来的是热量和水,无毒无味,只需在开动时,往燃料箱里装些鸡毛。

用碳化鸡毛储存氢气,证明了化学研究同样可以对环境很友好。这也正是理查德•伍尔所研究的“绿色化学”的含义,生产和设计化学合成物的过程中,减少有害物质的释放,天然合成,没有污染,并且可持续和再生。