氢能——未来理想能源

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1、氢能——未来的理想能源马瑜璐摘要：随着煤、石油、天然气等化石燃料的枯竭及环境污染的出现，开发清洁、高效、无污染的可再生能源是当前刻不容缓的任务。本文综合介绍了氢能源的特点、制氢技术及其应用前景，并对氢能的未来提出展望。关键字：氢能；制氢技术；可再生能源Hydrogenenergy——to-betheidealenergymayuluAbstract:Withcoal,oil,naturalgasandotherfossilfueldepletionandtheemergenceofenvironmentalpolluti

2、on,exploitatingclean,efficient,non-pollutingrenewableenergyisthecurrenturgentmission.Thisarticlepresentedasynthesisofthecharacteristicsofhydrogenenergy,hydrogentechnology,itsapplicationprospects,andthefutureprospectsforhydrogenenergy.Keywords:hydrogenenergy;hydro

3、gentechnology;renewableenergy随着经济的发展以及人口的增长，人类对能源的需求越来越大，目前煤、石油等化石燃料在当前的能源结构中仍占很大比例，煤、石油等化石燃料的消耗量也日益增加，其储存量日益减少，总有一天这些能源必将枯竭，带来严重的能源危机[1]，这就迫切需要开发一种清洁、高效的可再生能源，氢能就是人们所期待的一种新的理想能源，其清洁、高效、安全、可再生的特点使其被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，是人类的战略能源发展方向。1氢能的特点氢位于元素周期表之首，在所有元素中质量最轻，导热性最好，

4、是自然界存在的最普遍的元素，广泛存在于空气和水中，据推算，把海水中的氢全部提取出来，所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。氢的放热效率高，约为燃烧1克汽油放热的3倍[2]，并可以循环使用。氢的原料主要是水，氢气在燃烧过程中，除释放出巨大的能量外，生成7物只有水，不会造成环境污染，被称为“清洁燃料”。氢气的重量轻、密度小、便于运送和携带，容易储藏，与难储存的电相比，优越性更为显著。总之，氢能是一种清洁、高效、安全、可持续的理想能源。1氢能的制取与纯化氢气能否广泛使用，制氢工艺是基础，目前主要的制氢工艺

5、主要包括：2.1化石燃料制氢目前全世界制氢的产量约为5×107t，并以每年6%~7%的速度增加，其中煤、石油、天然气等的制氢约为96%[3]。2.1.1煤制氢煤制氢主要指煤气化制氢，包括造气反应、水煤气变换反应、氢的提纯与压缩三个步骤，主要有Koppers-Totzek法、Texco法、Lurqi法、Winkler法、KRW法、Shell法、Prenflo法、气流床法、流化床法等[3]多种工艺。反应方程式如下：C(s)+H2O(g)→CO(g)+H2(g)(1)CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2(g)(2)这是

6、一个吸热反应，反应所需的热量由氧气与碳的氧化反应提供。2.1.2石油制氢石油也是制氢的重要原料，如甲醇、轻质油、重油，常用的工艺有甲醇裂解——变压吸附制氢、甲醇重整制氢[4]、轻质油水蒸气转化制氢、重油部分氧化制氢等。反应方程式如下：CH3OH+H2O→CO2+3H2(3)CnH2n+2+nH2O→nCO+(2n+1)H2(4)2CnHm+2nH2O→2nCO+(n+m)H2(5)CO+H2O→CO2+H2(6)72.1.1天然气制氢天然气的主要成分是甲烷，天然气制氢主要有天然气/水蒸气重整制氢[5]、天然气部分氧化制氢

7、、天然气/水蒸气重整与部分氧化联合制氢、天然气催化裂解制氢等多种方法。重整工艺主要有Technip、Uhde、Linde、Foster、Topsoe等[6]。2.2水电解制氢电解水制氢是由浸没在电解液中的一对电极，中间插入隔离氢、氧气体的隔膜构成了电解池。通以一定电压的直流电时，水就分解成氢和氧[7]。反应方程式如下：2H2O→2H2(g)+O2(g)(7)这种传统的制氢方法，具有产品纯度高和操作简便的特点，但是因为在电解水制氢的生产费用构成中，成本很高，效率低，很难与以化石燃料为原料的制氢方法相竞争。各国科学家正在开发

8、高效水电解法。美国通用电气公司开发的SPE法，效率达90％。2.3生物质制氢当今世界面临的能源与环境的双重压力，使生物制氢倍受人们关注。生物制氢包括光合微生物制氢和非光合微生物制氢。能够产氢的光合微生物包括光合细菌和藻类，这些生物体内的固氮酶和氢酶在氢代谢系统中起着重要作用；非光合微生物制氢包括厌氧发酵制氢、甲酸产氢