大学化学ⅱ小论文

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1、哈尔滨工业大学大学化学Ⅱ小论文题目：可再生氢能应用前景——氢的制取学院：专业：班级：学号：姓名：可再生氢能应用前景——氢的制取xxxxxxxxxxxxx摘要：本文综述了利用可再生资源制氢的主要技术，包括电解水制氢，太阳能热化学循环制氢和利用生物质转化制氢等，以及对各项技术的基本原理做了介绍，也对可再生氢能系统的应用前景做了展望。关键词：可再生能源；氢能；电解水；光伏电池；太阳能热化学循环；生物质0·引言技术和经济的发展以及人口的增长，使得人们对能源的需求越来越大。目前以石油，煤为代表的化石燃料仍然是能源的主要来源。一方面，化石燃料的使用带

2、来了严重的环境污染，大量的CO2，SO2，NOx气体以及其他污染物，导致了温室效应的产生和酸雨的形成。另一方面，由于化石燃料的不可再生性和有限的储量,日益增长的能源需求带来了严重的能源危机。据估计，按照目前的消耗量，石油仅仅能维持不到50年,而煤也只能维持200年。据估计做为主要石油输出国的阿拉伯联合酋长国，将在2015年无法满足石油的需求，埃及的化石燃料资源，在未来的20年内就会耗尽!而作为能源需求大国的中国，目前已经有超过31%的石油需要进口，而到2010年，这一数字将会增长到45-55%!基于以上所述环境污染和能源短缺的双重危机，发

3、展清洁的，可再生的新能源的要求越来越迫切。太阳能、风能、生物质、地热能、潮汐能，具有丰富、清洁、可再生的优点，今年来受到了国际社会的广泛关注。尤其以太阳能，风能以及生物质能,更被视为未来能源的主力军。根据简单估算，太阳能的利用率为20%时，利用陆地面积的0.1%就足以提供满足当前全球的能量需求。而中国仅仅依靠风力发电，就足以使目前的发电量翻一番。然而，这些可再生资源具有间歇性，地域特性，并且不易储存和运输的特点。氢，以其清洁无污染，高效，可储存和运输等优点，被视为最理想的能源载体。目前各国都投入了大量的研究经费用于发展氢能源系统。在中国，

4、清华大学已经进行了在2008年奥运会使用以氢为燃料的汽车的可行性分析,绿色奥运将成为2008年北京的一道靓丽的风景线[1]。本文主要归纳总结了利用可再生资源制氢技术的基本原理。通过对比分析并结合实际情况，对于发展可再生氢能源系统进行了展望。基于经济因素的考虑，目前的氢主要是通过化石燃料的重整来制取，比如天然气汽化重整，只有大约5%的氢是通过可再生资源的转换制取。利用太阳能电池和风力发电驱动的电解水反应，利用太阳能的热化学反应和利用生物质制氢是最主要的从可再生能源中制取氢的技术。其他可再生氢的制取技术，比如生物制氢，光电化学技术，光催化技术

5、和光化学技术，虽然具备很大发展前景，但由于还处于很早期的发展阶段，其技术发展，经济性等都还不明朗，本文不做详细讨论。1·电解水制氢1.1·电解水基本原理及分类电解水制氢是目前最为广泛使用的将可再生资源转换为氢的技术。当两个电极(阴极和阳极)分别通上直流电，并且浸入水中时，水将会被分解并在阴极和阳极分别产生氢气和氧气。这个过程就是电解水。这样的装置则为电解槽。电解水由分别发生在阴极和阳极的两个化学反应组成，如式(1),(2)和(3)：Anode：H2O+electricalenergy→1/2O2+2H++2e-(1)Cathode：2H+

6、+2e-→H2(2)Overall：H2O+electricalenergy→H2+1/2O2(3)电解水的基本原理：在催化剂和直流电的作用下，水分子在阳极失去电子，被分解为氧气和氢离子，氢离子通过电解质和隔膜到达阴极，与电子结合生成氢气。最早的电解水现象是在1789年被观测到。之后，电解水技术得到了较快的发展。到1902年，世界上就已经有超过400台电解槽装置。目前市场上的电解槽可以分为三种：(1)碱性电解槽；(2)质子交换膜电解槽；(3)固体氧化物电解槽。1.2·电解海水制氢海水是世界上最为丰富的水资源，同时也是理想的制氢资源。尤其在

7、沿海的沙漠地区，比如中东和非洲，淡水资源缺乏，电解海水制氢则成了唯一的选择。但海水富含盐份(NaCl)和其他杂质，并且通常电解槽的电极电势超过了产生氯气所需的电势,这使得在电解海水时，往往是氯气从阳极析出，而非氧气。虽然氢气的产生不会受此影响，但产生的氯气具有强烈的毒性，需要完全避免。在所有常用的电极材料中，只有锰和锰的氧化物及其化合物在电解海水时可以在阳极产生氧气，而抑制氯气的产生。1.3·利用可再生资源电解水制氢如前所述，电解水需要消耗电。由化石燃料产生电能推动电解槽制氢由于会消耗大量的不可再生资源，只能是短期的制氢选择。由可再生资源

8、产生电能，比如通过光伏系列和风机发电，具有资源丰富，可再生，并且整个生命周期影响较小等优点，是未来的发展趋势。光伏电池在吸收太阳光能量后，被光子激发出的自由电子和带正电的空穴在PN结的电场力作