燃料電池氫源

1、氫的制取氫的存儲(chǔ)我們?cè)鯓硬拍芪覀冊(cè)鯓硬拍艿玫綒淠苣氐玫綒淠苣卦鯓釉鯓由a(chǎn)氫能？生產(chǎn)氫能？1.氫的制取氫的制取 制取方法有：化石燃料制氫水電解制氫光化學(xué)制氫生物制氫核能制氫等離子化學(xué)法制氫化石燃料制氫化石燃料制氫 化學(xué)制氫是目前最主要的制氫方法，能量轉(zhuǎn)化率高，技術(shù)成熟，化石制氫主要包括天然氣制氫和煤氣制氫。 天然氣制氫天然氣制氫天然氣：甲烷、水、其他碳水化合物、2, 、CO. 天然氣制氫可采用幾個(gè)獨(dú)立或聯(lián)合的過(guò)程，包括：1.天然氣蒸汽重整、2.部分氧化法、3.自熱重整、4.二氧化碳重整 天然氣蒸汽重整 用天然氣作原料、蒸汽作催化劑的制氫化學(xué)反應(yīng)為： H=206.29kJ/mol 上述反應(yīng)為吸熱反

2、應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中所需的熱量可以從煤或天然氣的部分燃燒中獲得，也可利用外部熱源。 自從天然氣大規(guī)模開采后，現(xiàn)在氫的制取有96%都是以天然氣為原料。天然氣和煤都是寶貴的燃料和化工原料，用它們來(lái)制氫顯然擺脫不了人們對(duì)常規(guī)能源的依賴。COHOHCH2800243部分氧化法 甲烷部分氧化合成水煤氣 CH 4 +/O =CO+H 2 H=-37.8kJ/mol自熱重整 在氧氣內(nèi)部燃燒反應(yīng)器內(nèi)完成烴類物質(zhì)轉(zhuǎn)換反應(yīng)的過(guò)程 CH +x （x)H 2 O= CO 2 +(4-2x) H 2 結(jié)合了甲烷蒸汽重整和部分氧化的方法 將部分氧化反應(yīng)放出的熱量供給天然氣蒸汽重整 煤制氫煤制氫 煤制氫指煤與汽化劑（氧氣和蒸氣）

3、在一定溫度、壓力條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而轉(zhuǎn)化為煤氣的工藝過(guò)程。 煤地面氣化技術(shù) （1）造氣反應(yīng)（2）水煤氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)（3）氫純化與壓縮 C(s)+H 2 O(g)= CO(g)+H 2 (g) H=-131.2kJ/mol 水電解制氫 年代 事件 1800 Nicholson與Carlisle發(fā)現(xiàn)了電可以分解水 的現(xiàn)象 1902 世界范圍內(nèi)400多個(gè)工業(yè)電解槽投入使用 1927 第一個(gè)大型電解車間投產(chǎn)（H 2 產(chǎn)量10000m 3 /h) 1948 Zdansky/Lonza建立了第一個(gè)加壓電解槽 1966 建立了第一個(gè)固體聚合物電解質(zhì)體 1972 發(fā)展固體氧化物水電解體系 1978 開始使用改進(jìn)的

4、堿性介質(zhì)體系水電解制氫水電解制氫 電解食鹽水的副產(chǎn)氫 在氯堿工業(yè)中副產(chǎn)多量較純氫氣，除供合成鹽酸外還有剩余，也可經(jīng)提純生產(chǎn)普氫或純氫。如： 在電解條件下 2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2氫氣的工業(yè)制法氫氣的工業(yè)制法電解食鹽水（水）制氫電解食鹽水（水）制氫 水電解制氫 電解水制氫 多采用鐵為陰極面，鎳為陽(yáng)極面的串聯(lián)電解槽（外形似壓濾機(jī)）來(lái)電解苛性鉀或苛性鈉的水溶液。陽(yáng)極出氧氣，陰極出氫氣。該方法成本較高，但產(chǎn)品純度大，可直接生產(chǎn)99.7%以上純度的氫氣。 2H2O=2H2(氣體)+O2(氣體) 水電解制氫的最大缺點(diǎn)是電耗大，不經(jīng)濟(jì)，理想的做法是通過(guò)風(fēng)力發(fā)電，太陽(yáng)能發(fā)電后將水電解制取

5、氫氣，但是風(fēng)能，太陽(yáng)能存在成本高，發(fā)出的電能不穩(wěn)定，未使用的電能需采用大量蓄電池存儲(chǔ)且蓄電池存儲(chǔ)電能有自放電損耗等問(wèn)題。 生物制氫生物制氫生物質(zhì)快速裂解油制取氫氣有機(jī)廢水發(fā)酵法生物制氫氣用綠藻生產(chǎn)氫氣從微生物中提取的酶制氫氣用細(xì)菌制取氫氣生物質(zhì)制氫生物質(zhì)制氫生物質(zhì)制氫生物質(zhì)制氫 利用富有機(jī)物的有機(jī)廢水，城市垃圾等制氫生物質(zhì)：通過(guò)光合作用（轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能）生長(zhǎng)的有機(jī)物，包括高等植物、農(nóng)作物、秸桿、藻類及水生植物 方法:生物質(zhì)氣化（有氧）和生物質(zhì)熱解（無(wú)氧） 生物轉(zhuǎn)化制氫法 生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)換法等離子化學(xué)法制氫等離子化學(xué)法制氫 等離子是含有足夠的自由帶電粒子以致其動(dòng)力學(xué)行為受電磁力支配的一種物質(zhì)狀態(tài) ，

6、它不同于常規(guī)的氣態(tài)，液態(tài)和固態(tài)，是物質(zhì)存在的第四態(tài)。 過(guò)程：提供極高的溫度，實(shí)現(xiàn)常規(guī)方法難以轉(zhuǎn)化的穩(wěn)態(tài)分子的轉(zhuǎn)化熱。 優(yōu)點(diǎn)：制氫成本低，原料利用率高，原料的適應(yīng)性強(qiáng)，除天然氣外，生產(chǎn)規(guī)?？纱罂尚?.氫的存儲(chǔ)氫的存儲(chǔ)氫的存儲(chǔ)氫的存儲(chǔ)液態(tài)液態(tài) 儲(chǔ)氫儲(chǔ)氫氣態(tài)儲(chǔ)氫氣態(tài)儲(chǔ)氫金屬氫化物儲(chǔ)氫金屬氫化物儲(chǔ)氫氣態(tài)儲(chǔ)氫氣態(tài)儲(chǔ)氫低壓氫氣用于氣象氣球或袋裝儲(chǔ)存，如公交車頂部的儲(chǔ)存袋中壓氫氣（0.410.86MPa）,容器采用低碳鋼或其他對(duì)氫脆不敏感的合金高壓氫氣（1440MPa），用鋼瓶來(lái)壓縮儲(chǔ)氫技術(shù)改進(jìn)1.對(duì)容器材料的改進(jìn)容器采用：全金屬容器；可承重的金屬材料作內(nèi)器，外部包裹飽和樹脂纖維的容器；不承重的金屬材料作內(nèi)

7、器，外部包裹飽和樹脂纖維的容器；不可承重的非金屬材料作內(nèi)器，外部包裹飽和樹脂纖維的容器2.向容器加入某些吸氫物質(zhì)，提高壓縮氫的儲(chǔ)氫密度。液化儲(chǔ)氫液化儲(chǔ)氫 氫氣在室溫及以上的溫度由75%正氫和25%仲氫組成。低于氫氣沸點(diǎn)，正氫會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換為仲氫，含量可降低0.2%。正氫向仲氫轉(zhuǎn)化屬放熱過(guò)程，若儲(chǔ)存容器中存在未轉(zhuǎn)化的正氫，就會(huì)在緩慢的轉(zhuǎn)化過(guò)程中釋放熱量，造成液氫蒸發(fā)應(yīng)在液化過(guò)程中使用催化劑加速轉(zhuǎn)化過(guò)程 氫經(jīng)過(guò)壓縮后，深冷到21k變?yōu)橐簹洌缓髢?chǔ)存到絕熱真空容器中。金屬氫化物儲(chǔ)氫金屬氫化物儲(chǔ)氫合金在一定溫度和壓力下曝置在氫氣氛，吸收大量的氫氣，生成金屬氫化物，生成的金屬氫化物加熱后釋放出氫氣。多孔材料

8、儲(chǔ)氫多孔材料儲(chǔ)氫 使用碳材料（活性炭，納米碳管）可實(shí)現(xiàn)很高的質(zhì)量?jī)?chǔ)存密度納米碳管是具有很大表面積的碳材料，微孔氫到材料表面，一方面被吸附在材料表面，另一方面，在微孔毛細(xì)管力作用下，氫被壓縮到微孔中，能儲(chǔ)存很多氫 活性碳吸附氫在低溫下有很好的吸附特性氫的存儲(chǔ)氫的存儲(chǔ)氫能工業(yè)對(duì)儲(chǔ)氫的要求氫能工業(yè)對(duì)儲(chǔ)氫的要求 安全 容量大 成本低 使用方便 民用和工業(yè)用的氣源要求民用和工業(yè)用的氣源要求 較大的儲(chǔ)存容量交通工具的要求交通工具的要求 較大的儲(chǔ)氫密度 氫的存儲(chǔ)氫的存儲(chǔ)氣態(tài)壓縮高壓儲(chǔ)氫是最普通和最直接的儲(chǔ)氫方式缺點(diǎn)是能耗高，還存在一定的安全問(wèn)題加壓氣態(tài)加壓氣態(tài)儲(chǔ)存儲(chǔ)存 氫氣通過(guò)高壓絕熱膨脹生成液氫。液氫的沸

9、點(diǎn)低,氣化潛熱小，難以長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，不適合于間歇使用的場(chǎng)合 。液化儲(chǔ)存液化儲(chǔ)存儲(chǔ)氫技術(shù)現(xiàn)狀儲(chǔ)氫技術(shù)現(xiàn)狀 氫的存儲(chǔ)氫的存儲(chǔ)一種以金屬與氫反應(yīng)生成金屬氫化物而將氫儲(chǔ)存的技術(shù)。氫可以和許多金屬或合金在一定溫度和壓力下大量吸收氫而生成金屬氫化物。反應(yīng)有很好的可逆性，適當(dāng)升高溫度和減小壓力即可發(fā)生逆反應(yīng)，釋放出氫氣。金屬金屬氫化物氫化物儲(chǔ)存儲(chǔ)存由于氫的化學(xué)性質(zhì)活潑，它能與許多非金屬元素或化合物作用，生成各種含氫化合物，可作為人造燃料或氫能的儲(chǔ)存材料。 如氫可與CO催化反應(yīng)生成烴和醇，與一些不飽和烴加成生成含氫更多的烴，將氫儲(chǔ)存其中，還可與氮、硼、硅形成氫化物。 非金屬非金屬氫化物氫化物儲(chǔ)存儲(chǔ)存壓縮氣體壓縮

10、氣體運(yùn)輸和使用方便可靠，壓力高 使用和運(yùn)輸有危險(xiǎn)，鋼瓶的體積和質(zhì)量大，運(yùn)費(fèi)較高 液氫液氫儲(chǔ)氫能力大 儲(chǔ)氫過(guò)程能耗大，使用不方便 金屬金屬氫化物氫化物運(yùn)輸使用安全 單位質(zhì)量的儲(chǔ)氫量小，金屬氫化物易破裂 氫的存儲(chǔ)氫的存儲(chǔ)常用的儲(chǔ)氫方法及優(yōu)常用的儲(chǔ)氫方法及優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn) 氫的存儲(chǔ)氫的存儲(chǔ)氣態(tài)高壓儲(chǔ)存正朝著更高壓力的方向發(fā)展，目前已經(jīng)有350Mpa壓力的儲(chǔ)氫罐商品，這種儲(chǔ)氫罐是采用鋁合金內(nèi)膽，外面纏繞碳纖維并浸漬樹脂，700Mpa的儲(chǔ)氫罐樣品也成功問(wèn)世。高壓儲(chǔ)氫高壓儲(chǔ)氫技術(shù)技術(shù)新型儲(chǔ)氫合金的研究 有機(jī)化合物儲(chǔ)氫 碳凝膠 玻璃微球 氫漿儲(chǔ)氫 冰籠儲(chǔ)氫 層狀化合物儲(chǔ)氫 其它儲(chǔ)氫其它儲(chǔ)氫方式方式儲(chǔ)氫研究動(dòng)向儲(chǔ)氫

11、研究動(dòng)向3.移動(dòng)電源1.固定電站2.交通運(yùn)輸?shù)葎?dòng)力電源4.航天領(lǐng)域5.潛艇方面氫能的應(yīng)用氫能的應(yīng)用世界上首座氫能源發(fā)電站于2010年7月12日在意大利正式建成投產(chǎn)。這座電站位于水城威尼斯附近的福西納鎮(zhèn)。據(jù)報(bào)道，意大利國(guó)家電力公司投資5000萬(wàn)歐元建成這座清潔能源發(fā)電站，該發(fā)電站功率為16兆瓦，年發(fā)電量可達(dá)6000萬(wàn)千瓦小時(shí)，可滿足2萬(wàn)戶家庭的用電量，一年可減少相當(dāng)于6萬(wàn)噸的二氧化碳排放量。該電站7萬(wàn)噸燃料來(lái)自于威尼斯及附近城市的垃圾分類回收。氫能的應(yīng)用氫能的應(yīng)用現(xiàn)今的燃料電池之星是現(xiàn)今的燃料電池之星是本田本田FCX Clarity,它使它使用的是氫燃料電池。用的是氫燃料電池。氫能汽車氫能汽車寶

12、馬氫能寶馬氫能7系選擇了系選擇了和本田不同的道路，和本田不同的道路，它使用的是氫燃料它使用的是氫燃料內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)氫能的應(yīng)用氫能的應(yīng)用2000-20102010-20202020-20302030-2040第一階段第一階段技術(shù)、政策技術(shù)、政策和市場(chǎng)開發(fā)和市場(chǎng)開發(fā)階段階段第二階段第二階段向市場(chǎng)過(guò)渡向市場(chǎng)過(guò)渡階段階段第三階段第三階段市場(chǎng)和基礎(chǔ)市場(chǎng)和基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)張階設(shè)施擴(kuò)張階段段第四階段第四階段走進(jìn)氫經(jīng)濟(jì)走進(jìn)氫經(jīng)濟(jì)時(shí)代時(shí)代美國(guó)氫能利用路線圖美國(guó)氫能利用路線圖開發(fā)有中國(guó)特色的氫能源技術(shù)開發(fā)有中國(guó)特色的氫能源技術(shù)加快基礎(chǔ)設(shè)施和示范項(xiàng)目建設(shè)加快基礎(chǔ)設(shè)施和示范項(xiàng)目建設(shè)建立產(chǎn)、學(xué)、研合作機(jī)制和合作平臺(tái)建立產(chǎn)、學(xué)、研合作機(jī)制和合作平臺(tái)制定目標(biāo)明確的氫能源開發(fā)路線圖制定目標(biāo)明確的氫能源開發(fā)路線圖將開發(fā)氫能列入國(guó)家長(zhǎng)期能源戰(zhàn)略將開發(fā)氫能列入國(guó)家長(zhǎng)期能源戰(zhàn)略對(duì)我國(guó)氫能技術(shù)路線圖的建議對(duì)我國(guó)氫能技術(shù)路線圖的建議氫能的應(yīng)用氫能的應(yīng)用氫能有如此大氫能有如此大的好處，那為的好處，那為何現(xiàn)在不大量何現(xiàn)在不大量利用呢利用呢 能源是人類發(fā)展的根本保障。自從英國(guó)開始了工業(yè)革命，人類文明所取得的重大成就就很大一部分建立在消耗大量的化石燃料上。而化石燃料是不可再生資源，其能量又是有限的。而且大量使用化石能源對(duì)環(huán)境造成了眼中污染。因此，全世界都很重視開發(fā)和使用新能源。作為一種新能源，氫能具有很大的優(yōu)越性。 首先，氫的來(lái)源具有多