氢能--新能源技术及应用作业.doc

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1、一、在未来的人类社会能源体系中，氢能为何具有举足轻重的地位？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。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,近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

2、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。氢能作为一种新能源，其应用前景十分广阔。目前，美国、德国、日本在氢能和储氢金属利用方面已接近实用化了。日本发展了以氢为燃料的压缩发动机。美国不仅在轿车上，而且在公共汽车、摩托车、拖拉机等交通运输工具上都进行了氢能的实用性研究。我国在研究用氢能作热能方面已取得一定成果。1980年，我国研制成功了第一辆燃氢汽车。通过试验，证明若在汽油中加入4%的氢气，则可节

3、油40%，而且无需对汽油发动机作很大的改进，废气中的一氧化碳也可减少十分之九。此外，氢燃料电池用于航天器、潜艇和其它运输工具也是十分方便的。大型燃料电池发电站已开始商业化，日本、美国和欧洲一些国家正在开发各种燃料电池发电。为什么氢能将是人类未来的能源？因为氢能具备其他能源所没有的特点。氢的资源丰富。在地球上的氢主要以其化合物如水和碳氢化合物石油、天然气等的形式存在。而水是地球的主要资源，地球表面的70%以上被水彼盖，即使在大陆，也有丰富的地表和地下水。水就是地球上无处不在的“氢矿”。氢的来源多样性。可以通过各种一次能源(可以是化石燃料，如天然气、煤、煤层气)，也可以是可再生能源，如太阳

4、能、风能、生物质能、海洋能、地热或者二次能源(如电力)来开采“氢矿”。地球各处都有可再生能源，而不像化石燃料有很强的地域不均匀性。氢能是最环保的能源。利用低温燃料电池，由电化学反应将氢转化为电能和水。不排放CO和NO，没有任何污染。使用氢燃料内燃机，也是显著减少污染的有效方法。氢能的利用——氢燃料电池。过去，人们总以为氢气是一种化学元素，很少把它作为能源来看待。自从出现了火箭和氢弹之后，氢气又变成了航天和核武器的重要材料，现在又将其制成氢燃料电池，为人们提供电能。氢燃料电池与普通电池的区别,主要在于干电池、蓄电池是一种储能装置，能把电能贮存起来，需要时再释放出来；而氢燃料电池严格地说是

5、一种发电装置，像发电厂一样，是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。另外，氢燃料电池的电极用特制多孔性材料制成，这是氢燃料电池的一项关键技术，它不仅要为气体和电解质提供较大的接触面，还要对电池的化学反应起催化作用。20世纪60年代，氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70年代以后，随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术，很快，氢燃料电池就被运用于发电和汽车。大型电站，无论是水电、火电或核电，都是把发出的电送往电网，由电网输送给用户。但由于各用电户的负荷不同，电网有时呈现为高峰，有时则呈现为低峰，这就会导致停电或

6、电压不稳。另外，传统的火力发电站的燃烧能量大约有70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上，燃烧时还会消耗大量的能源和排放大量的有害物质。而使用氢燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能量转换率可达60%～80%，而且污染少、噪音小，装置可大可小，非常灵活。氢的化学特性活跃，它可同许多金属或合金化合。某些金属或合金吸收氢之后，形成一种金属氢化物，其中有些金属氢化物的氢含量很高，甚至高于液氢的密度，而且该金属氢化物在一定温度条件下会分解，并把所吸收的氢释放出来，这就构成了一种良好的贮氢材料。氢气具有可储存性。就像天然气一样，氢可以很容易地大规模储存。这是氢能和

7、电、热最大的不同。这样，在电力过剩的地方和时间，可以用氢的形式将电或热储存起来。这也使氢在可再生能源的应用中起到其他能源载体所起不到的作用。氢的可再生性。氢由化学反应发出电能(或热)并生成水，而水又可由电解转化氢和氧，如此循环，永无止境。氢是“和平”能源，因为它既可再生又来源广泛，每个国家都有丰富的“氢矿”。化石能源分布极不均匀，常常引起激烈抗争。例如：中东是世界石油最大产地，也是各国列强必争之地。从历史上看，为了中东石油已发生多次战争。由于氢