氢能
氢能 常规矿物燃料的利用方式有两大弊病:一是燃料中的化学能需要通过燃烧转换为热能后,才 可以进一步转换为机械能或电能,受限于热力学和目前的技术水平,发电效率仍然只有35%左右。 二是燃烧过程中产生大量的废水、废气、废渣,污染环境。为此,人们迫切需要寻找洁净能源, 何况常规矿物燃料正在逐渐的消耗殆尽。在人们探索的众多的新能源中,氢能以其热值高、无污 染、不产生温室效应气体等独特优点,正在受到越来越多的关注。氢能将成为二十一世纪理想的 二次能源
最早人类使用木材燃烧的时候,碳氢比是10:1,当使用煤炭后,碳氢比是1:1,使用汽油后, 碳氢比为1:2,而使用天然气后,碳氢比为1:4。因此,从人类使用能源的历史来看,使用氢能 是一个必然的方向。 在宇宙中氢是最丰富的物质。然而,在地球上自然存在的氢单质(如氢气)数量极少。氢在 自然界多以化合物形态出现。化合态氢的最常见形式是水和有机物(如;石油、煤炭、天然气及 生命体等)。因此,欲获得大量的单质氢只有依靠人工制取。其中,天然气、石油、煤炭、生物 质能及其它富氢有机物等,都是氢的有效来源。氢的最大来源是水,特别是海水,9吨水可以生 产出1吨氢(及8吨氧),而且氢与氧的燃烧产物就是水,因而,水可以再生。由此可见,以水 为原料制氢,可使氢的制取和利用实现良性循环,取之不尽,用之不竭。同样,核聚变的材料 氢的同位素也是非常丰富的
氢除了资源丰富外,热值高,每千克氢燃烧后能放出14235kJ的热量,约为汽油的3倍,酒 精的39倍,焦炭的45倍。而且,氢燃烧的产物是水,对环境无任何污染。氢适用范围广,以 氢作为能源的燃料电池既可用于汽车、飞机、宇宙飞船,又可用于其他场合供能。 但是,由于氢以水、烃类化合物等形态存在,所以,首先需要通过一定的方法制取氢气,才 能加以利用。因此,大量且低成本的制氢技术是目前硏究的重点。另外,由于气态氢气能量密度 低,且易燃易爆,所以,安全地储藏、运送、使用氢技术的开发,也是氢能推广应用的关键
制氢技术可以归纳为四大类:水制氢、矿物燃料制氢、生物质制氢和其他方式制氢。 水制氢技术分为电解水制氢、热化学制氢和高温热水解制氢。矿物燃料制氢又可分为煤制氢、 气体燃料制氢和液体燃料制氢。生物质制氢可分为微生物转换技术和热化工转换技术。 电解水制氢技术是目前比较成熟的方法之一。以水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆 过程。因此,只要提供一定形式的能量,则可使水分解成氢气和氧气。提供电能使水分解制得氢 气的效率一般在75%-85%。其中工艺过程比较简单,也不会产生污染,但消耗电量大。因此, 其应用受到一定的限制。目前电解水的工艺、设备均在不断的改进,但电解水制氢能耗仍然很高。 为了寻求经济实用的制氢方法,各国科学家正在努力探索。近年来已经取得了一些进展。如: 用氧化亚铜作催化剂从水中制氢气、用新型的钼化合物从水中制氢气、用光催化剂反应和超声波 照射把水完全分解的方法、陶瓷跟水反应制取氢气、甲烷制氢气、从微生物中提取的酶制氢气、 从细菌制取氢气、用绿藻生产氢气等