氫能源的研究與應(yīng)用文獻綜述

PAGEPAGE2西南大學(xué)文獻綜述課程名稱：化學(xué)發(fā)展前沿專題題目：氫能源的研究與應(yīng)用文獻綜述學(xué)院：化學(xué)化工學(xué)院年級：2012級專業(yè)：化學(xué)教育姓名：王忠志學(xué)號：1120123162215552015年1月9日氫能源的研究與應(yīng)用文獻綜述王忠志，化學(xué)化工學(xué)院，化學(xué)教育，112012316221555【摘要】經(jīng)專家研究認(rèn)為，21世紀(jì)中葉，傳統(tǒng)的能源石油和煤炭將逐漸走向枯竭。氫能便是一種既環(huán)保又經(jīng)濟的替代產(chǎn)品。本文就氫能的特點、用途、制備技術(shù)都做了詳盡的闡述?！娟P(guān)鍵詞】氫能；特點與用途；制備技術(shù)；1.氫能概述氫能,是指氫與氧反應(yīng)放出的能量。作為能源,氫能有以下主要特點:(1)氫的放熱效率高,燃燒1g氫可以放出14104J的熱量,約為燃燒1g汽油放熱的3倍。(2)氫氣在燃燒過程中,除釋放出巨大的能量外,產(chǎn)生的廢物只有水,不會造成環(huán)境污染,因而又被稱為清潔燃料。(3)氫氣的密度小、能夠儲藏,與難儲存的電相比,具有顯著的優(yōu)越性。(4)氫的用途極為廣泛,它不但能燃燒生熱,而且還可以產(chǎn)生化學(xué)能,并作為吸熱的介質(zhì)等。長期以來煤炭、石油等礦物燃料的廣泛使用,已對全球環(huán)境造成嚴(yán)重污染,甚至對人類自身的生存造成威脅；同時礦物燃料是不可再生能源,也會隨著過度開采而枯竭。因此,新型替代型清潔能源的開發(fā)與應(yīng)用是大勢所趨,氫能作為理想的清潔能源之一,已引起人們的廣泛重視。有科學(xué)家認(rèn)為,氫能是未來能源結(jié)構(gòu)中最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉粗?將以其優(yōu)異的使用性能在未來能源領(lǐng)域中扮演重要的角色。2.氫能的特點與用途在現(xiàn)代工業(yè)中，氫能被公認(rèn)為人類未來的理想能源。氫具有高揮發(fā)性、高能量，是能源載體和燃料；氫不但燃燒放出的熱量多，而且燃燒產(chǎn)物是水，不污染環(huán)境；同時，氫制備的原料是水資源不受限制。另外，氫氣是活性氣體催化劑，可以與空氣混合方式加入催化燃燒所有固體、液體、氣體燃料。氫能是一種二次能源，它是通過一定的方法利用其它能源制取的。而不像煤、石油和天然氣等可以直接從地下開采，幾乎完全依靠化石燃料?，F(xiàn)代工業(yè)中每年用氫量為5500億立方米，氫氣與其他物質(zhì)一起用來制造氨水和化肥，同時也應(yīng)用到汽油精煉工藝、玻璃磨光、黃金焊接、氣象氣球探測及食品工業(yè)中。液態(tài)氫可以作為火箭燃料，因為氫的液化溫度在-253度，氫能被提上人類未來能源的議程是大勢所趨。眾所周知，當(dāng)今世界為了解決能源短缺環(huán)境污染日益嚴(yán)重和經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展等問題，潔凈的新能源和可再生能源的開發(fā)已是迫在眉睫。對我國來說，交通運輸?shù)哪芎乃急戎赜鷣碛蟆Ｅc此同時，汽車尾氣污染已成為大氣污染特別是城市大氣污染的最重要因素。[1]然而，用氫作為汽車燃料，不僅干凈在低溫下容易發(fā)動，而且對發(fā)動機的腐蝕作用小，可延長發(fā)動機的使用壽命。由于氫氣與空氣能夠均勻混合，完全可省去一般汽車上所用的汽化器，從而可簡化現(xiàn)有汽車的構(gòu)造。更令人感興趣的是，只要在汽油中加入4%的氫氣，用它作為汽車發(fā)動機燃料，就可省油40%，而且無需對汽油發(fā)動機作多大的改進。另外，氫能在其它方面也得到廣泛應(yīng)用。近年來由沃克能源公司研究的一種水燃料氫氧機實現(xiàn)了在碳鋼領(lǐng)域的應(yīng)用，這種水燃料氫氧機設(shè)備以水能源產(chǎn)生氫氧燃料，取代了液化氣、丙烷、乙炔燃氣。與乙炔相比，節(jié)省成本40%以上。氫氧焰切割不掛渣，切割速度快10%。氫能作為一種潔凈的再生能源，同時又具有可儲可輸?shù)奶攸c，從長遠看，它的發(fā)展可能帶來結(jié)構(gòu)的重大改變，而在目前它是一種理想的低污染或零污染的車用能源。因此，氫能作為解決當(dāng)前人類所面臨困境的新能源，具有廣闊的應(yīng)用前景。[2]3.氫能的制備幾種技術(shù)技術(shù)3.1、水中提取氫氣氫氣是一種高效節(jié)能的無公害燃料,其發(fā)熱值僅次于核燃料,是汽油發(fā)熱值的3倍。它不但是一種優(yōu)質(zhì)燃料,還是石油、化工、化肥、玻璃、醫(yī)藥和冶金工業(yè)中的重要原料和物質(zhì)。同時,它還是汽車“燃料電池”的主選燃料:燃料電池能把氫轉(zhuǎn)化成電能。但是,目前氫氣的制取不但需要消耗大量的能量,而且效率很低,就水電解制氫技術(shù)來看,制取1立方米的氫氣綜合耗電5一8千瓦時,無法滿足商業(yè)性的大規(guī)模利用。因此尋求廉價的制氫技術(shù)是各國科學(xué)家共同關(guān)心的問題。[3]李明偉先生發(fā)明了一種“從水中提取氫氣”的方法。該方法是采用一種新穎的化學(xué)方法及特有的工藝促使水與廉價的X物質(zhì)進行化學(xué)反應(yīng),生成氫氣及Y物質(zhì)。而且它的投人少、工藝設(shè)備簡單、反應(yīng)激烈、出氣量大、氣質(zhì)純、成本低,制氫裝置還可設(shè)計成微型、可控、隨機運動等特色,免除氫貯運的困難及危險。在該制取方法中,水和X反應(yīng)的生成物是高純度的“氫”和高純度而又超細的“Y物質(zhì)”,Y物質(zhì)被廣泛用在石油、化工、電子、造紙、塑料、像膠、玻璐鋼、高級玻璃、陰燃材料、低壓絕緣、高檔電纜、牙街、印染、油墨、環(huán)保等工業(yè)項目上。由于Y物質(zhì)是重要的化工原料而且價格不凡,它抵了部分X物質(zhì)的成本,所以使氫的生產(chǎn)成本就降得極低。[4]隨著科學(xué)技術(shù)的進步及氫能系統(tǒng)技術(shù)的全面發(fā)展,氫能將深入到人類活動各個方面,直至走進干家萬戶,其前景廣闊,市場巨大。3.2、從植物中提取氫氣的新技術(shù)美國科學(xué)家研究出一種從植物中提取氫氣的新技術(shù)。這標(biāo)志著制取清潔、廉價氫燃料的研究取得了新進展。美國威斯康星一麥迪遜大學(xué)的科學(xué)家給從植物中提取的葡萄糖溶液加壓并將其加熱到20℃,再用一種無機催化劑處理。起催化作用的是分布在有許多微孔的氧化鋁材料中的大量微小的鉑顆粒。它們能把葡萄糖分解成氫氣、二氧化碳和甲烷。氫氣燃燒釋放出大量的能量并且只生成水,是一種高效而清潔的燃料但是氫氣不容易制取,用淀粉葡萄糖產(chǎn)生氫氣的成本太高,細菌降解生物物質(zhì)的方法又難以工業(yè)化。科學(xué)家希望改良這種新技術(shù),用無機催化劑處理植物纖維素里的葡萄糖,因為農(nóng)業(yè)和林業(yè)的下腳料如稻草、碎木中都含有大量纖維素,這樣無疑將降低制取氫氣的成本。[5]3.3、從煤油中板取氮氣主要從事從煉油過程提取化學(xué)品的日本油業(yè)巨人三菱石油公司即將研究與開發(fā)從煤油中有效提取氫氣,并使公司將一套基于聚合物電解質(zhì)燃料電他的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)商品化成為可能。聚合物電解質(zhì)燃料電池通過誘使氫氣與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而發(fā)電。該公司正在它的橫濱煉油廠建立一套70瓦裝置來進行有效提取氫氣的嘗試。公司計劃在四年內(nèi)將研究商品化。[6]4、結(jié)束語目前,氫能做為二次能源,其用途主要有以下幾個方面:液氫作一種高能燃料用于航天飛機、火箭及城市公共汽車中,據(jù)報道,世界上一些發(fā)達國家在1993年就已經(jīng)開發(fā)出以液氫為燃料的城市公共汽車;氫氣作為保護氣應(yīng)用于電子工業(yè)中,如在集成電路、電子管、顯象管等的制備過程中,都是用氫作為保護氣的;在煉油工業(yè)中用氫氣對石腦油、燃料油、粗柴油、重油等進行加氫精制,提高產(chǎn)品的質(zhì)量及除去產(chǎn)品中的有害物質(zhì)如硫、氮及重金屬,還可以對不飽和烴進行加氫精制;氫氣在冶金工業(yè)中可以作為還原劑將金屬氧化物還原為金屬,在金屬高溫加工過程中可以作為保護氣;在食品工業(yè)中,食用的色拉油就是對植物油進行加氫處理的產(chǎn)物,植物油加氫處理后性能穩(wěn)定、易存放,且有抵抗細菌生長、易被人體吸收的功效;在精細有機合成工業(yè)中,氫氣也是重要的合成原料之一;在合成氨工業(yè)中氫氣是重要的原料之一;氫氣還可以作為填充氣在氣象觀測中應(yīng)用;在分析測試中氫氣可以做為標(biāo)準(zhǔn)氣,在氣相色譜中氫氣可以作為載氣。值得著重說明的是,近十幾年發(fā)展起來的氫燃料電池可直接應(yīng)用于航天航海和陸地交通運輸,氫能作為未來最有前途的新能源地位已初見端倪。開發(fā)生物制氫技術(shù)關(guān)鍵在于如何選育到產(chǎn)氫性能優(yōu)異、適合工程化處理的細菌,實現(xiàn)生物制氫技術(shù)的工業(yè)化。[7]參考文獻：[1]高平.現(xiàn)工業(yè)中氫能源的研究與應(yīng)用[J].科技致富向?qū)?2012（35）[2]張西子.氫能源及其利用[J].科技致富向?qū)?2012（23