氫能源--化學(xué)

1、天然氣儲(chǔ)備估計(jì)在天然氣儲(chǔ)備估計(jì)在131800152900兆立方米。年開采量維持在兆立方米。年開采量維持在2300兆立方米，將在兆立方米，將在50年年內(nèi)枯竭。內(nèi)枯竭。 煤的儲(chǔ)量約為煤的儲(chǔ)量約為5600億噸。億噸。1995年煤炭開采量為年煤炭開采量為33億噸，可以供億噸，可以供應(yīng)應(yīng)160年年。 鈾的年開采量目前為每年鈾的年開采量目前為每年6萬(wàn)噸，根據(jù)萬(wàn)噸，根據(jù)1993年世界能源委員會(huì)的年世界能源委員會(huì)的估計(jì)可維持到估計(jì)可維持到21世紀(jì)世紀(jì)30年代中期年代中期。 核聚變到核聚變到2050年還沒(méi)有年還沒(méi)有 實(shí)現(xiàn)的希望。實(shí)現(xiàn)的希望。 按石油儲(chǔ)量的綜合估算，可支配的化石能源的極限，大約為按石油儲(chǔ)量的綜合估

2、算，可支配的化石能源的極限，大約為11801510億噸，石油儲(chǔ)量大約在億噸，石油儲(chǔ)量大約在2050年年左右宣告枯竭。左右宣告枯竭。 。氫能源氫能源 正是這樣一種在常規(guī)正是這樣一種在常規(guī)能源危機(jī)能源危機(jī)的出現(xiàn)的出現(xiàn)和開發(fā)新的二次能源的同時(shí)，人們期待的新的和開發(fā)新的二次能源的同時(shí)，人們期待的新的二次能源。二次能源。國(guó)內(nèi)外的專家預(yù)言：國(guó)內(nèi)外的專家預(yù)言：氫能源氫能源將成為化石燃料將成為化石燃料的最有希望的替代能源之一的最有希望的替代能源之一.氫能的優(yōu)勢(shì)氫能的優(yōu)勢(shì): 資源豐富。氫的制取原料可以是水，地球上儲(chǔ)存的水資源較為豐資源豐富。氫的制取原料可以是水，地球上儲(chǔ)存的水資源較為豐富，并且在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不受

3、限制富，并且在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不受限制。污染較小。氫燃燒后的產(chǎn)物是水，對(duì)環(huán)境的污染較小，而且不會(huì)破污染較小。氫燃燒后的產(chǎn)物是水，對(duì)環(huán)境的污染較小，而且不會(huì)破壞水的自然循環(huán)。最直接的好處就是如果有一天地球上全部使用氫壞水的自然循環(huán)。最直接的好處就是如果有一天地球上全部使用氫能源，則諸如溫室效應(yīng)、酸雨、厄爾尼諾現(xiàn)象都會(huì)消失。能源，則諸如溫室效應(yīng)、酸雨、厄爾尼諾現(xiàn)象都會(huì)消失。氫燃燒速度快，熱值大氫燃燒速度快，熱值大H（298.15K）=-286kJmol。根。根據(jù)這一點(diǎn)，氫可以作為很好的動(dòng)力能源。實(shí)驗(yàn)證明，氫的燃燒效據(jù)這一點(diǎn)，氫可以作為很好的動(dòng)力能源。實(shí)驗(yàn)證明，氫的燃燒效率比汽油高率比汽油高45%以上。

4、以上。氫能能夠存儲(chǔ)，而電是很難存儲(chǔ)的。氫能能夠存儲(chǔ)，而電是很難存儲(chǔ)的。氫能應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)，例如通過(guò)氫還原的方式可以直接煉鋼氫能應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)性強(qiáng)，例如通過(guò)氫還原的方式可以直接煉鋼和制取甲烷。和制取甲烷。 燃料燃料主要成分主要成分 化學(xué)反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)熱值熱值kJ/gkJ/g天然氣天然氣CHCH4 4 CH CH4 4+2O+2O2 2=CO=CO2 2+2H+2H2 2O O5656汽油汽油C C8 8H H1818 2C 2C8 8H H1818+25O+25O2 2=16CO=16CO2 2+18H+18H2 20 04848煤煤C C C+O C+O2 2=CO=CO2 23333氫

5、氣氫氣H H2 2 2H 2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O 142142除核燃料外，氫的發(fā)熱值是所有化石燃除核燃料外，氫的發(fā)熱值是所有化石燃料，化工燃料和生物燃料中最高的，是汽油料，化工燃料和生物燃料中最高的，是汽油發(fā)熱值的發(fā)熱值的3 3倍。倍。制氫方法制氫方法化石燃料改性法制氫化石燃料改性法制氫 主要是以石油、煤、天然氣石油、煤、天然氣等為原料，以鎳等金屬化鎳等金屬化合物合物為催化劑，使碳?xì)浠衔锏臍怏w與水蒸氣作用，生成氫氣氫氣和二氧化碳等混合氣體。CxHy+H2O高溫高溫 高壓高壓催化劑催化劑H2+CO2 另外，煤煤氣化后得到的合成氣合成氣和水煤氣水煤氣，也是制取氫的常用方

6、法。煤煤+H2OCO+H2 CO+H2 O C2O+H 2焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫裝置焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫裝置 未來(lái)型能源廠房未來(lái)型能源廠房水解制氫1 1 、電解水、電解水 電解水是通過(guò)利用電能將水分解為氫氣和氧氣。 H2O + 電 H2 + 1/2O2 電解水原理示意圖：2 2 、堿性電解、堿性電解 堿性電解池是利用具有腐蝕性的KOH水溶液作為電解液。 3 3 、聚合電解質(zhì)薄膜電解、聚合電解質(zhì)薄膜電解 不需要液態(tài)電解液，這很大程度上簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程。電解液為酸性聚合膜。 4 4 、高溫電解、高溫電解 高溫電解法基于高溫燃料電池技術(shù)。一種典型的技術(shù)是固體氧化物電解池。這種電解法是基于固體氧化物燃料電

7、池，通常在700-1000下運(yùn)行。在這樣溫度下，電極反應(yīng)更可逆，而且燃料電池反應(yīng)能夠更容易轉(zhuǎn)換為電解反應(yīng)。 5 5、光電解、光電解 光電系統(tǒng)結(jié)合電解可以開展商業(yè)化利用。這類系統(tǒng)很靈活，可通過(guò)光電池產(chǎn)生電力或通過(guò)電解池產(chǎn)生氫。 6 6、生物光解、生物光解 生物光解制氫基于兩個(gè)步驟：光合作用和利用氫化酶比如綠藻和藍(lán)綠藻催化制氫。 光合作用：光合作用： 2H2O2H2O 4H+4H+ + + 4e4e + + O2O2 產(chǎn)氫：產(chǎn)氫： 4H+4H+ + + 4e4e 2H22H2 7 7、 高溫分解高溫分解 高溫分解水所需溫度大約為3000。在這個(gè)溫度下，10的水被分解，其余的90能夠被回收。 8 8

8、、熱化學(xué)水解、熱化學(xué)水解 熱化學(xué)水解過(guò)程是指通過(guò)一系列的熱驅(qū)化學(xué)反應(yīng)將水分解為氫氣和氧氣的過(guò)程。 光解水制氫系統(tǒng)光解水制氫系統(tǒng)水解制氫設(shè)備水解制氫設(shè)備氫能儲(chǔ)運(yùn)氫能儲(chǔ)運(yùn)（1）氫能的儲(chǔ)存）氫能的儲(chǔ)存1. 高壓氣態(tài)儲(chǔ)存 是最普通的貯氫方法，由于氫氣的密度小，在高壓的情況下才可用特制得鋼瓶貯存，通常需要1.5MPa以上的高壓，可以通過(guò)減壓閥控制氫氣排出和調(diào)節(jié)排氣量的大小。 2. 低溫液氫儲(chǔ)存（又稱深冷液化貯氫） 是指在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，將氫氣冷凍制-252.72，使其變?yōu)橐后w保存在特制的深冷杜瓦瓶（高度真空的絕熱容器）中。 3. 金屬氫化物貯氫 是為了解決氫氣的貯存問(wèn)題而提出的一種新型的貯氫方式。 4、其

9、他還有有機(jī)化合物儲(chǔ)氫、納米碳管儲(chǔ)氫、碳凝膠儲(chǔ)氫、玻璃微球儲(chǔ)氫、配位氫化物儲(chǔ)氫等 。 氫氣的運(yùn)輸主要有四種儲(chǔ)存狀態(tài)：低壓氫氣、高壓氫氣、液氫和固態(tài)氫（金屬氫化物儲(chǔ)氫和有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫等）。 運(yùn)輸技術(shù)主要有管道運(yùn)輸、機(jī)動(dòng)車運(yùn)輸、船運(yùn)。選擇何種運(yùn)輸方式基于以下四點(diǎn)綜合考慮：運(yùn)輸過(guò)程的能量效率、氫的運(yùn)輸量、運(yùn)輸過(guò)程氫的損耗、運(yùn)輸里程。（1）氫能的運(yùn)輸）氫能的運(yùn)輸液液氫氫公公路路運(yùn)運(yùn)輸輸車車 液氫鐵路運(yùn)輸車液氫鐵路運(yùn)輸車 氫能的應(yīng)用氫能的應(yīng)用氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的新能源，主要有以下三種利用方式：1、 利用氫和氧化劑發(fā)生反應(yīng)釋放出熱能，如在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料產(chǎn)生利用氫和氧化劑發(fā)生反應(yīng)釋放出熱能，如在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中燃料產(chǎn)生機(jī)械功機(jī)械功；2、 利用氫和氧化劑在催化劑作用下獲取電能，如通過(guò)燃料電池進(jìn)行化利用氫和氧化劑在催化劑作用下獲取電能，如通過(guò)燃料電池進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)直接生產(chǎn)電能；學(xué)反應(yīng)直接生產(chǎn)電能；3、 利用氫的熱核反應(yīng)釋放出核能，如氫彈就是利用了氫的熱核反應(yīng)釋利用氫的熱核反應(yīng)釋放出核能，如氫彈就是利用了氫的熱核反應(yīng)釋放出的核能，是氫能的一種特殊應(yīng)用。放出的核能，是氫能的一種特殊應(yīng)用。利用