《清洁能源概论》氢能

新能源——氢能1前言 煤炭石油等矿物燃料的广泛使用,已对全球环境造成严重污染,甚至对人类自身的生存造成威胁。同时矿物燃料的存量,是一个有限量,也会随着过度开采而枯竭。因此,当前在设法降低现有常规能源（如煤、石油等）造成污染环境的同时,清洁能源的开发与应用是大势所趋。、氢能是理想的清洁能源之一,已广泛引起人们的重视。2 由于目前“过程性能源”尚不能大量地直接储存,因此汽车等交通工具只能采用汽油、柴油这一类“含能体能源”。随着常规能源危机的出现,在开发新的一次能源(如可燃冰)的同时,人们将目光也投向寻求新的“含能体能源”,氢能正是一种值得期待的新型二次能源。已有资料表明,如车用燃料使用20%H2+80%CH4,尾气中COx(CO与CO2)可降低20%、NOx可降低40%。氢能,新的含能体能源31.什么是氢能？有以下两个定义：氢原子在高温高压下聚变成一个氦原子反应所产生巨大的能量。（核聚变）燃烧氢所获取的能量。氢能发展史－发展期1970年,通用汽车公司的技术中心提出“氢经济”的概念,主要的思路是利用大型核电站的电力电解水制氢。1974年,受石油危机的影响和启迪,一些学者组建了国际氢能协会(InternationalAssociationforHydrogenEnergy,IAHE)。IAHE随后创办了《国际氢能杂志》并举行了两年一次的世界氢能大会。5氢能发展史－步入工程探索阶段二十世纪80年代,德国认真地提出HYSOLAR计划,它是德国/沙特在阿拉伯半岛的项目,计划用沙漠地带的太阳能制氢。改项目已经过实验示范了太阳发电和电解的直接结合,示范功率达到350kW。德国还考虑利用加拿大廉价的水电就地电解水制氢,液化后用船运输液氢到欧洲。6氢能发展史－为科学家认可 近年来燃料电池技术—低温的质子交换膜燃料电池和高温的固体氧化物燃料电池—发展迅速,被广泛认为将成为未来人类社会中主要的动力来源,尤其是用于发电和交通工具方面 而燃料电池最适宜的燃料就是氢。因此,科学家们预测,氢能将与电能一起成为未来能源体系的两大支柱。7现状与展望目前全世界每年约生产5×1012Nm3氢气,主要用于化学工业,尤以合成氨和石油加工工业的用量最大。90%以上的氢气是以石油、天然气和煤为原料制取的,北美95％的氢气产量来自天然气蒸汽重整。若设想将这些氢气全部作为能源,仅相当于全球年能耗的1.5%。8现状与展望真正的“氢经济”距离人们的日常生活还比较遥远主要原因是氢能的大规模利用离不开大量廉价氢的获得和安全、高效的氢气储存与输送技术,以及应用技术的开发。而现阶段的科技水平与这些条件相比尚存在一定差距,急需解决很多技术方面的难题。9现状与展望譬如,就目前而言,只有通过矿物燃料(主要是天然气)重整技术才能获得相对廉价的氢,并非长远之计,因而,能否开发其他真正可持续发展的、大规模的廉价制氢技术将成为“氢经济”能否最终实现的关键所在；另外,氢气以何种方式储存及输送最经济、最合理也是亟待解决的问题 。102.氢能的一般特性最轻的元素导热性最好最普遍的元素发热值最高（除核燃料外）燃烧性能好对环境友好利用形式多样贮运形式多样由以上特点可以看出氢是一种理想的新的含能体能源。3.2氢能的工业制法3.2氢能的工业制法电解食盐水的副产氢在氯碱工业中副产多量较纯氢气，除供合成盐酸外还有剩余，也可经提纯生产普氢或纯氢。如:2NaCl+2H2O=电解=2NaOH+Cl2↑+H2↑（产量第二）氢气的工业制法——电解食盐水（水）制氢3.2氢能工业制法由石油热裂的合成气和天然气制氢在石油化工生产过程里,常用石油分馏产品（包括石油气）作原料,采用比裂化更高的温度（700～800℃,有时甚至高达1000℃以上）,使具有长链分子的烃断裂成各种短链的气态烃和少量液态烃,其中就含油氢气。（产量第一）氢气的工业制法——水煤气法制氢水煤气法制氢 用无烟煤或焦炭为原料与水蒸气在高温时反应而得水煤气（C+H2O→CO+H2—热）。 净化后再使它与水蒸气一起通过触媒令其中的CO转化成CO2（CO+H2O→CO2+H2）可得含氢量在80%以上的气体再压入水中以溶去CO2,再通过含氨蚁酸亚铜（或含氨乙酸亚铜）溶液中除去残存的CO而得较纯氢气（这种方法制氢成本较低产量很大,设备较多,在合成氨厂多用此法）。水煤气法制氢流程框图3.2氢能的工业制法电解水制氢多采用铁为阴极面,镍为阳极面的串联电解槽（外形似压滤机）来电解苛性钾或苛性钠的水溶液。阳极出氧气,阴极出氢气。该方法成本较高,但产品纯度大,可直接生产99.7%以上纯度的氢气。2H2O==2H2(气体)+O2(气体)3.2氢能的工业制法焦炉煤气冷冻制氢把经初步提净的焦炉气冷冻加压,使其他气体液化而剩下氢气。3.2氢能的工业制法酿造工业副产用玉米发酵丙酮、丁醇时,发酵罐的废气中有1/3以上的氢气,经多次提纯后可生产普氢（97%以上）,把普氢通过用液氮冷却到—100℃以下的硅胶列管中则进一步除去杂质（如少量N2）可制取纯氢（99.99%以上）。3.32生物制氢3.33生物质制氢第二部分234.氢能的储存和输送我们如何运输和储存这些能源方面我们使用呢4.氢能的储存和输送气态压缩高压储氢是最普通和最直接的储氢方式缺点是能耗高,还存在一定的安全问题加压气态储存氢气通过高压绝热膨胀生成液氢。液氢的沸点低,气化潜热小,难以长时间储存,不适合于间歇使用的场合。液化储存储氢技术现状4.氢能的储存和输送一种以金属与氢反应生成金属氢化物而将氢储存的技术。氢可以和许多金属或合金在一定温度和压力下大量吸收氢而生成金属氢化物。反应有很好的可逆性,适当升高温度和减小压力即可发生逆反应,释放出氢气。金属氢化物储存由于氢的化学性质活泼,它能与许多非金属元素或化合物作用,生成各种含氢化合物,可作为人造燃料或氢能的储存材料。如氢可与CO催化反应生成烃和醇,与一些不饱和烃加成生成含氢更多的烃,将氢储存其中,还可与氮、硼、硅形成氢化物。非金属氢化物储存压缩气体运输和使用方便可靠,压力高使用和运输有危险,钢瓶的体积和质量大,运费较高液氢储氢能力大储氢过程能耗大,使用不方便金属氢化物运输使用安全单位质量的储氢量小,金属氢化物易破裂4.氢能的储存和输送常用的储氢方法及优缺点4.氢能的储存和输送气态高压储存正朝着更高压力的方向发展,目前已经有350Mpa压力的储氢罐商品,这种储氢罐是采用铝合金内胆,外面缠绕碳纤维并浸渍树脂,700Mpa的储氢罐样品也成功问世。高压储氢技术新型储氢合金的研究有机化合物储氢碳凝胶玻璃微球氢浆储氢冰笼储氢层状化合物储氢其它储氢方式储氢研究动向4.氢能的储存和输送按照输运时所处状态液氢输送气氢输送固氢输送5.氢能的利用现状氢气内燃机车氢-天然气混合燃料燃料电池电源燃料电池汽车氢能利用现状5.氢能的利用现状现今的燃料电池之星是本田FCX

Clarity,它使用的是氢燃料电池。氢能汽车宝马氢能7系选择了和本田不同的道路,它使用的是氢燃料内燃机5.氢能的利用现状世界上首座氢能源发电站于2010年7月12日在意大利正式建成投产。这座电站位于水城威尼斯附近的福西纳镇。据报道,意大利国家电力公司投资5000万欧元建成这座清洁能源发电站,该发电站功率为16兆瓦,年发电量可达6000万千瓦小时,可满足2万户家庭的用电量,一年可减少相当于6万吨的二氧化碳排放量。该电站7万吨燃料来自于威尼斯及附近城市的垃圾分类回收。5.氢能的利用现状2000-22010-22020-20302030-2第一阶段第二阶段第三阶段第四阶段技术、政策向市场过渡市场和基础走进氢经济和市场开发阶段设施扩张阶时代阶段段美国氢能利用路线图对我国氢能技术路线图的建议将开发氢能列入国家长期能源战略制定目标明确的氢能源开发路线图建立产、学、研合作机制和合作平台加快基础设施和示范项目建设开发有中国特色的氢能源技术5.氢能的利用现