新型“氫能源”概述

新型“氫能源”調(diào)查報(bào)告氫能源的介紹氫能源的特點(diǎn)氫能源的特點(diǎn)重量最輕的元素標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，密度為0.8999g/l，－252.7℃時(shí)，可成為液體，若將壓力增大到數(shù)百個(gè)大氣壓，液氫可變?yōu)榻饘贇?。?dǎo)熱性最好的氣體比大多數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)高出10倍。自然界存在最普遍的元素?fù)?jù)估計(jì)它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75％，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態(tài)貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。據(jù)推算，如把海水中的氫全部提取出來(lái)，它所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍。

氫能源的特點(diǎn)理想的發(fā)熱值除核燃料外氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142,351kJ/kg，是汽油發(fā)熱值的3倍。燃燒性能好點(diǎn)燃快，與空氣混合時(shí)有廣泛的可燃范圍，而且燃點(diǎn)高，燃燒速度快。無(wú)毒與其他燃料相比氫燃燒時(shí)最清潔滁生成水和少量氮化氫外不會(huì)產(chǎn)生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、鉛化物和粉塵顆粒等對(duì)環(huán)境有害的污染物質(zhì)，少量的氮化氫經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理也不會(huì)污染環(huán)境，且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，反復(fù)循環(huán)使用。產(chǎn)物水無(wú)腐蝕性，對(duì)設(shè)備無(wú)損。

氫能源的特點(diǎn)利用率高氫取消了內(nèi)燃機(jī)噪聲源和能源污染隱患，利用率高。運(yùn)輸方便氫可以減輕燃料自重，可以增加運(yùn)載工具有效載荷，這樣可以降低運(yùn)輸成本從全程效益考慮社會(huì)總效益優(yōu)于其他能源。減少溫室效應(yīng)氫取代化石燃料能最大限度地減弱溫室效應(yīng)

氫能源的特點(diǎn)利用形式多既可以通過(guò)燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生機(jī)械功，又可以作為能源材料用于燃料電池，或轉(zhuǎn)換成固態(tài)氫用作結(jié)構(gòu)材料?？梢远喾N形態(tài)存在以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的金屬氫化物出現(xiàn)，能適應(yīng)貯運(yùn)及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求。耗損少可以取消遠(yuǎn)距離高壓輸電，代以遠(yuǎn)近距離管道輸氫，安全性相對(duì)提高，能源無(wú)效損耗減小。

氫能源的制取電解水制氫水電解制氫是目前應(yīng)用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過(guò)程是氫與氧燃燒生成水的逆過(guò)程，因此只要提供一定形式一定能量，則可使水分解。提供電能使水分解制得氫氣的效率一般在75-85％，其工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)污染，但消耗電量大，因此其應(yīng)用受到一定的限制。利用電網(wǎng)峰谷差電解水制氫，作為一種貯能手段也具有特點(diǎn)。我國(guó)水力資源豐富，利用水電發(fā)電，電解水制氫有其發(fā)展前景。太陽(yáng)能取之不盡，其中利用光電制氫的方法即稱(chēng)為太陽(yáng)能氫能系統(tǒng)，國(guó)外已進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性研究。隨著太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換能量效率的提高，成本的降低及使用壽命的延長(zhǎng)，其用于制氫的前景不可估量。同時(shí)，太陽(yáng)能、風(fēng)能及海洋能等也可通過(guò)電制得氫氣并用氫作為中間載能體來(lái)調(diào)節(jié)，貯存轉(zhuǎn)化能量，使得對(duì)用戶(hù)的能量供應(yīng)更為靈活方便。供電系統(tǒng)在低谷時(shí)富余電能也可用于電解水制氫，達(dá)到儲(chǔ)能的目的。我國(guó)各種規(guī)模的水電解制氫裝置數(shù)以百計(jì)，但均為小型電解制氫設(shè)備，其目的均為制提氫氣作料而非作為能源。隨著氫能應(yīng)用的逐步擴(kuò)大，水電解制氫方法必將得到發(fā)展。礦物燃料制氫以煤、石油及天然氣為原料制取氫氣是當(dāng)今制取氫氣是主要的方法。該方法在我國(guó)都具有成熟的工藝，并建有工業(yè)生產(chǎn)裝置。煤為原料制取氫氣在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中，在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，煤炭還將是主要能源。如何提高煤的利用效率及減少對(duì)環(huán)境的污染是需不斷研究的課題，將煤炭轉(zhuǎn)化為氫是其途徑之一。以煤為原料制制取含氫氣體體的方法主要要有兩種：一是煤的焦化化（或稱(chēng)高溫溫干餾）二是煤的氣化化。焦化是指指煤在隔絕空空氣條件下，，在90－1000℃制取焦碳副產(chǎn)產(chǎn)品為焦?fàn)t煤煤氣。焦?fàn)t煤煤氣組成中含含氫氣55-60％（體積）甲甲烷23-27％、一氧化碳碳6-8％等。每噸煤煤可得煤氣300－350m3，可作為城市市煤氣，亦是是制取氫氣的的原料。煤的的氣化是指煤煤在高溫常壓壓或加壓下，，與氣化劑反反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氣氣體產(chǎn)物。氣氣化劑為水蒸蒸汽或氧所（（空氣），氣氣體產(chǎn)物中含含有氫有等組組份，其含量量隨不同氣化化方法而異。。我國(guó)有大批批中小型合成成氫廠，均以以煤為原料，，氣化后制得得含氫煤氣作作為合成氨的的原料。這是是一種具有我我國(guó)特點(diǎn)的取取得氫源方法法。采用OGI固定床式氣化化爐，可間歇歇操作生產(chǎn)制制得水煤氣。。該裝置投資資小，操作容容易，其氣體體產(chǎn)物組成主主要是氫及一一氧化碳，其其中氫氣可達(dá)達(dá)60％以上，經(jīng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化后可制得得純氫。采用用煤氣化制氫氫方法，其設(shè)設(shè)備費(fèi)占投資資主要部分。。煤地下氣化化方法近數(shù)十十年已為人們們所重視。地地下氣化技術(shù)術(shù)具有煤資源源利用率高及及減少或避免免地表環(huán)境破破壞等優(yōu)點(diǎn)。。中國(guó)礦業(yè)大大學(xué)余力等開(kāi)開(kāi)發(fā)并完善了了"長(zhǎng)通道、大斷斷面、兩階段段地下煤氣化化"生產(chǎn)水煤氣的的新工藝，煤煤氣中氫氣含含量達(dá)50％以上，在唐唐山劉莊已進(jìn)進(jìn)行工業(yè)性試試運(yùn)轉(zhuǎn)，可日日產(chǎn)水煤氣5萬(wàn)m3，如再經(jīng)轉(zhuǎn)化化及變壓吸附附法提純可制制得廉價(jià)氫氣氣，該法在我我國(guó)具有一定定開(kāi)發(fā)前景．．我國(guó)對(duì)煤制制氫技術(shù)的掌掌握已有良好好的基礎(chǔ)，特特別是大批中中小型合成氨氨廠的制氫裝裝置遍布各地地，為今后提提供氫源創(chuàng)造造了條件。我我國(guó)自行開(kāi)發(fā)發(fā)的地下煤氣氣化制水煤氣氣獲得廉價(jià)氫氫氣的工藝已已取得階段成成果，具有開(kāi)開(kāi)發(fā)前景，值值得重視。以天然氣或輕輕質(zhì)油為原料料制取氫氣該該法是在催化化劑存在下與與水蒸汽反應(yīng)應(yīng)轉(zhuǎn)化制得氫氫氣。主要發(fā)發(fā)生下述反應(yīng)應(yīng)：CH4＋H2O→CO＋H2CO＋H2O→COZ＋HZCnH2h＋2＋Nh2O→nCO＋（Zh＋l）HZ反應(yīng)在800-820℃下進(jìn)行。從上上述反應(yīng)可知知，也有部分分氫氣來(lái)自水水蒸汽。用該該法制得的氣氣體組成中，，氫氣含量可可達(dá)74％（體積），，其生產(chǎn)成本本主要取決于于原料價(jià)格，，我國(guó)輕質(zhì)油油價(jià)格高，制制氣成本貴，，采用受到限限制。大多數(shù)數(shù)大型合成氨氨合成甲醇工工廠均采用天天然氣為原料料，催化水蒸蒸汽轉(zhuǎn)化制氫氫的工藝。我我國(guó)在該領(lǐng)域域進(jìn)行了大量量有成效的研研究工作，并并建有大批工工業(yè)生產(chǎn)裝置置。我國(guó)曾開(kāi)開(kāi)發(fā)采用間歇歇式天然氣蒸蒸汽轉(zhuǎn)化制氫氫工藝，制取取小型合成氨氨廠的原料，，這種方法不不必用采高溫溫合金轉(zhuǎn)化爐爐，裝置投資資成本低。以以石油及天然然氣為原料制制氫的工藝已已十分成熟，，但因受原料料的限制目前前主要用于制制取化工原料料。以重油為原料料部分氧化法法制取氫氣重重油原料包括括有常壓、減減壓渣油及石石油深度加工工后的燃料油油，重油與水水蒸汽及氧氣氣反應(yīng)制得含含氫氣體產(chǎn)物物。部分重油油燃燒提供轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化吸熱反應(yīng)應(yīng)所需熱量及及一定的反應(yīng)應(yīng)溫度。該法法生產(chǎn)的氫氣氣產(chǎn)物成本中中，原料費(fèi)約約占三分之一一，而重油價(jià)價(jià)格較低，故故為人們重視視。我國(guó)建有有大型重油部部分氧化法制制氫裝置，用用于制取合成成氫的原料。。生物質(zhì)制氫生物質(zhì)資源豐豐富，是重要要的可再生能能源。生物質(zhì)質(zhì)可通過(guò)氣化化和微生物制制氫。生物質(zhì)氣化制制氫將生物質(zhì)原料料如薪柴、麥麥秸、稻草等等壓制成型，，在氣化爐（（或裂解爐））中進(jìn)行氣化化或裂解反應(yīng)應(yīng)可制得含氫氫燃料。我國(guó)國(guó)在生物質(zhì)氣氣化技術(shù)領(lǐng)域域的研究已取取得一定成果果，在國(guó)外，，由于轉(zhuǎn)化技技術(shù)的提高，，生物質(zhì)氣化化已能大規(guī)模模生產(chǎn)水煤氣氣，其氫氣含含量大大提高高。微生物制氫微生物制氫技技術(shù)亦受人們們的關(guān)注。利利用微生物在在常溫常壓下下進(jìn)行酶催反反應(yīng)可制得氫氫氣。生物質(zhì)質(zhì)產(chǎn)氫主要有有化能營(yíng)養(yǎng)微微生物產(chǎn)氫和和光合微生物物產(chǎn)氫兩種。。屬于化能營(yíng)營(yíng)養(yǎng)微生物的的是各種發(fā)酵酵類(lèi)型的一些些嚴(yán)格厭氧菌菌和兼性厭氧氧菌）發(fā)酵微微生物放氫的的原始基質(zhì)是是各種碳水化化合物、蛋白白質(zhì)等。目前前已有利用碳碳水化合物發(fā)發(fā)酵制氫的專(zhuān)專(zhuān)利，并利用用所產(chǎn)生的氫氫氣作為發(fā)電電的能源。光光合微生物如如微型藻類(lèi)和和光合作用細(xì)細(xì)菌的產(chǎn)氫過(guò)過(guò)程與光合作作用相聯(lián)系，，稱(chēng)光合產(chǎn)氫氫。其它合氫物質(zhì)質(zhì)制氫國(guó)外曾研究從從硫化氫中制制取氫氣。我我國(guó)有豐富的的H25資源，如河北北省趙蘭莊油油氣田開(kāi)采的的天然氣中H多含量高達(dá)90％以上，其儲(chǔ)儲(chǔ)量達(dá)數(shù)千萬(wàn)萬(wàn)噸，是一種種寶貴資源，，從硫化氫中中制氫有各種種方法，我國(guó)國(guó)在90年代開(kāi)展了多多方面的研究究，各種研究究結(jié)果將為今今后充分合理理利用寶貴資資源，提供清清潔能源及化化工原料奠定定基礎(chǔ)。各種化工過(guò)程程副產(chǎn)氫氣的的回收多種化工過(guò)程程如電解食鹽鹽制堿工業(yè)、、發(fā)酵制酒工工藝、合成氨氨化肥工業(yè)、、石油煉制工工業(yè)等均有大大量副產(chǎn)氫氣氣，如能采取取適當(dāng)?shù)拇胧┦┻M(jìn)行氫氣的的分離回收，，每年可得到到數(shù)億立方米米的氫氣。這這是一項(xiàng)不容容忽視的資