氢能源--化学

1、天然气储备估计在天然气储备估计在131800152900兆立方米。年开采量维持在兆立方米。年开采量维持在2300兆立方米，将在兆立方米，将在50年年内枯竭。内枯竭。 煤的储量约为煤的储量约为5600亿吨。亿吨。1995年煤炭开采量为年煤炭开采量为33亿吨，可以供亿吨，可以供应应160年年。 铀的年开采量目前为每年铀的年开采量目前为每年6万吨，根据万吨，根据1993年世界能源委员会的年世界能源委员会的估计可维持到估计可维持到21世纪世纪30年代中期年代中期。 核聚变到核聚变到2050年还没有年还没有 实现的希望。实现的希望。 按石油储量的综合估算，可支配的化石能源的极限，大约为按石油储量的综合估

2、算，可支配的化石能源的极限，大约为11801510亿吨，石油储量大约在亿吨，石油储量大约在2050年年左右宣告枯竭。左右宣告枯竭。 。氢能源氢能源 正是这样一种在常规能源危机的出现正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。二次能源。国内外的专家预言：国内外的专家预言：氢能源氢能源将成为化石燃料将成为化石燃料的最有希望的替代能源之一的最有希望的替代能源之一.氢能的优势氢能的优势: 资源丰富。氢的制取原料可以是水，地球上储存的水资源较为丰资源丰富。氢的制取原料可以是水，地球上储存的水资源较为丰富，并且在较长的时间内不受

3、限制富，并且在较长的时间内不受限制。污染较小。氢燃烧后的产物是水，对环境的污染较小，而且不会破污染较小。氢燃烧后的产物是水，对环境的污染较小，而且不会破坏水的自然循环。最直接的好处就是如果有一天地球上全部使用氢坏水的自然循环。最直接的好处就是如果有一天地球上全部使用氢能源，则诸如温室效应、酸雨、厄尔尼诺现象都会消失。能源，则诸如温室效应、酸雨、厄尔尼诺现象都会消失。氢燃烧速度快，热值大氢燃烧速度快，热值大H（298.15K）=-286kJmol。根。根据这一点，氢可以作为很好的动力能源。实验证明，氢的燃烧效据这一点，氢可以作为很好的动力能源。实验证明，氢的燃烧效率比汽油高率比汽油高45%以上。

4、以上。氢能能够存储，而电是很难存储的。氢能能够存储，而电是很难存储的。氢能应用范围广，适应性强，例如通过氢还原的方式可以直接炼钢氢能应用范围广，适应性强，例如通过氢还原的方式可以直接炼钢和制取甲烷。和制取甲烷。 燃料燃料主要成分主要成分 化学反应化学反应热值热值kJ/gkJ/g天然气天然气CHCH4 4 CH CH4 4+2O+2O2 2=CO=CO2 2+2H+2H2 2O O5656汽油汽油C C8 8H H1818 2C 2C8 8H H1818+25O+25O2 2=16CO=16CO2 2+18H+18H2 20 04848煤煤C C C+O C+O2 2=CO=CO2 23333氢

5、气氢气H H2 2 2H 2H2 2+O+O2 2=2H=2H2 2O O 142142除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃料，化工燃料和生物燃料中最高的，是汽油料，化工燃料和生物燃料中最高的，是汽油发热值的发热值的3 3倍。倍。制氢方法制氢方法化石燃料改性法制氢化石燃料改性法制氢 主要是以石油、煤、天然气石油、煤、天然气等为原料，以镍等金属化镍等金属化合物合物为催化剂，使碳氢化合物的气体与水蒸气作用，生成氢气氢气和二氧化碳等混合气体。CxHy+H2O高温高温 高压高压催化剂催化剂H2+CO2 另外，煤煤气化后得到的合成气合成气和水煤气水煤气，也是制取氢的常用方

6、法。煤煤+H2OCO+H2 CO+H2 O C2O+H 2焦炉煤气变压吸附制氢装置焦炉煤气变压吸附制氢装置 未来型能源厂房未来型能源厂房水解制氢1 1 、电解水、电解水 电解水是通过利用电能将水分解为氢气和氧气。 H2O + 电 H2 + 1/2O2 电解水原理示意图：2 2 、碱性电解、碱性电解 碱性电解池是利用具有腐蚀性的KOH水溶液作为电解液。 3 3 、聚合电解质薄膜电解、聚合电解质薄膜电解 不需要液态电解液，这很大程度上简化了设计过程。电解液为酸性聚合膜。 4 4 、高温电解、高温电解 高温电解法基于高温燃料电池技术。一种典型的技术是固体氧化物电解池。这种电解法是基于固体氧化物燃料电

7、池，通常在700-1000下运行。在这样温度下，电极反应更可逆，而且燃料电池反应能够更容易转换为电解反应。 5 5、光电解、光电解 光电系统结合电解可以开展商业化利用。这类系统很灵活，可通过光电池产生电力或通过电解池产生氢。 6 6、生物光解、生物光解 生物光解制氢基于两个步骤：光合作用和利用氢化酶比如绿藻和蓝绿藻催化制氢。 光合作用：光合作用： 2H2O2H2O 4H+4H+ + + 4e4e + + O2O2 产氢：产氢： 4H+4H+ + + 4e4e 2H22H2 7 7、 高温分解高温分解 高温分解水所需温度大约为3000。在这个温度下，10的水被分解，其余的90能够被回收。 8 8

8、、热化学水解、热化学水解 热化学水解过程是指通过一系列的热驱化学反应将水分解为氢气和氧气的过程。 光解水制氢系统光解水制氢系统水解制氢设备水解制氢设备氢能储运氢能储运（1）氢能的储存）氢能的储存1. 高压气态储存 是最普通的贮氢方法，由于氢气的密度小，在高压的情况下才可用特制得钢瓶贮存，通常需要1.5MPa以上的高压，可以通过减压阀控制氢气排出和调节排气量的大小。 2. 低温液氢储存（又称深冷液化贮氢） 是指在标准大气压下，将氢气冷冻制-252.72，使其变为液体保存在特制的深冷杜瓦瓶（高度真空的绝热容器）中。 3. 金属氢化物贮氢 是为了解决氢气的贮存问题而提出的一种新型的贮氢方式。 4、其

9、他还有有机化合物储氢、纳米碳管储氢、碳凝胶储氢、玻璃微球储氢、配位氢化物储氢等 。 氢气的运输主要有四种储存状态：低压氢气、高压氢气、液氢和固态氢（金属氢化物储氢和有机氢化物储氢等）。 运输技术主要有管道运输、机动车运输、船运。选择何种运输方式基于以下四点综合考虑：运输过程的能量效率、氢的运输量、运输过程氢的损耗、运输里程。（1）氢能的运输）氢能的运输液液氢氢公公路路运运输输车车 液氢铁路运输车液氢铁路运输车 氢能的应用氢能的应用氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，主要有以下三种利用方式：1、 利用氢和氧化剂发生反应释放出热能，如在热力发动机中燃料产生利用氢和氧化剂发生反应释放出热能，如在热力发动机中燃料产生机械功机械功；2、 利用氢和氧化剂在催化剂作用下获取电能，如通过燃料电池进行化利用氢和氧化剂在催化剂作用下获取电能，如通过燃料电池进行化学反应直接生产电能；学反应直接生产电能；3、 利用氢的热核反应释放出核能，如氢弹就是利用了氢的热核反应释利用氢的热核反应释放出核能，如氢弹就是利用了氢的热核反应释放出的核能，是氢能的一种特殊应用。放出的核能，是氢能的一种特殊应用。利用