可再生能源-氢能

可再生能源——氢能1.氢能的性质和特点来源广燃烧热值高如（表1）清洁燃烧稳定性好氢存在形式多几种物质的燃烧值对比名称氢气甲烷汽油乙醇甲醇燃烧值/（kJ/kg）12106150054444672700620254表12.氢的制取

2.1化石燃料制氢技术2.2电解水制氢2.3生物及生物质制氢2.4太阳能光解水制氢2.5热化学分解水制氢2.6其它制氢技术2.3生物及生物质制氢

2.3.1生物制氢的机制（1）与制氢有关的酶——固氮酶和氢酶（2）生物制氢技术：光合生物产氢；发酵细菌产氢；光合生物和发酵细菌混合培养产氢。2.3.2产氢酶的产生能够产氢的微生物：光合生物和发酵细菌，其中能够产氢的光合生物包括光合细菌和藻类，发酵细菌产氢的细菌包括专性厌氧菌和兼性厌氧菌。在微生物体内存在着特殊的氢代谢系统，其中固氮酶和氢酶发挥了重要作用。固氮酶主要成分是钼铁蛋白和铁蛋白，固氮酶的反应式为：N2+8+8H++16ATP→2NH4+H2+16ADP+16Pi固氮酶催化的还原反应需要以下条件：钼铁蛋白、铁蛋白、ATP和Mg2+；电子供体和厌氧条件。经电子转移还原H+生成H2。2.3.4产氢酶的机理2.3.4产氢酶的机理氢酶分为放氢酶和吸氢酶，分别催化其正反应和逆反应反应式为：

2H++2e-→H2O2对固氮酶和氢酶的活性均有抑制作用。2.3.5生物制氢技术有优点清洁节能不消耗矿物能源2.3.6未来的生物制氢研究应注重以下四个方面：应充分重视对发酵产氢微生物的研究。为了降低运行及管理费用，利用能自固定的、产氢能力较高的厌氧活性污泥混合菌种，并寻求菌种培养容易、启动快的方法，将是未来的主攻方向之一。利用高浓度有机废水制取氢气，并注重耐酸菌种的选育。研制可以到达工业化生产规模的生物制氢反应设备。2.3.7生物质制氢生物质是指通过光合作用转化太阳能生长的有机物。用其作为原料制氢。生物质制氢包括两种方法：生物转化制氢法；生物质热化学转换法。2.4太阳能光解水制氢太阳能转化系统可以分为5大类：2.4.1光化学系统2.4.2半导体系统2.4.3光生物系统2.4.4混合系统2.4.5热化学系统2.4.1光化学系统用某种分子或半导体吸收太阳能以进行光化学反应，生产氢气。2.4.2半导体光催化当半导体受到其能量相当或高于该禁带宽度的光辐射时，半导体内的电子受激发从价带跃迁到导带，从而在导带和价带分别产生自由电子空穴。水在这种电子-空穴对的作用下发生电离生成H2和O2。2.4..3混合系统

混合系统是将吸收光子的光敏化剂吸附在半导体上，扩展了半导体吸收太阳光波长的范围。同样，也有报道将叶绿素应用于光化学电池的电解质中，或者将它们吸附在电池电极上。但目前还没发现高效率的“光能→氢能”转化系统。2.5热化学分解水制氢纯水的热分解避开了“热→功”转换过程，将热能直接转换为氢能（化学能），理论转换效率很高，但此反应需吸收大量热能。3.氢气提纯无论采用何种原料制备氢气，都只能得到含氢的混合气，需要进一步提纯和精制，以得到高纯氢。一般常用的氢气提纯精制方法，如冷凝法、低温吸收法，单独使用时净化所得产品难以达到要求。目前，用于精制高纯氢的方法主要有：冷凝-低温吸附法、低温吸收-吸附法、变压吸附法、钯膜扩散法、金属氢化物法以及这些方法的联合使用。4.氢的储存与运输氢气储存可分为：物理法和化学法物理储存方法主要包括液氢储存、高压氢气储存、活性炭吸附储存、碳纤维和碳纳米管储存、玻璃微球储存、地下岩洞储存等。化学储存方法有金属氢化物储存、有机液态氢化物储存、无机物储存、铁磁性材料储存等。氢气的运输与氢气储存技术的发展息息相关，目前氢气的运输方式主要包括压缩氢气和液氢两种，随着金属氢化物储氢、配位氢化物储氢等技术的成熟，未来的氢气运输方式必将发生翻天覆地的变化。4.1液化储氢是一种深冷的液氢储存技术。氢气经过压缩后，深冷到21K以下使之变为液氢，然后储存到特制的绝热真空容器中。储罐分类4.1.1液氢储罐达到一定压力后，减压阀会自动开启，导致氢气泄漏。4.1.2固定式储罐4.1.3车用液氢储罐4.2压缩氢气储存采用压缩气体的方法是最简单的氢气储存办法，由于现在大量使用加压电解槽，因此，无需消耗过多能量，即可实现氢气的加压储存、随着压力的升高，氢气的储存密度增大。4.3金属氢化物储氢

把氢以金属氢化物的形式储存在合金中，是近30年来新发展的技术。原则上说，这类合金大都属于金属间化合物，制备方法一直沿用制造普通合金的技术。这类技术有一种特性，当把它们在一定温度和压力下曝置在氢气气氛中时，就可以吸收大量的氢气，生成金属氢化物。生成的金属氢化物加热后释放出氢气，利用这一特性就可以有效地储氢。4.4配位氢化物储氢碱金属及碱土金属与第三主族元素可于氢形成配位氢化物。碱金属或碱土金属配位氢化物含有丰富的轻金属元素和极高的储氢的容量，因而可作为优良的储氢介质。4.5物理吸附储氢由于密度低，人们普遍认为使用碳材料（活性炭、纳米碳管等）储氢可以实现很高的质量储存密度。氢在碳质材料中吸附储存主要分为在碳纳米材料中和吸附储存和在活性炭上吸附。4.6有机物储氢是借助不饱和液体有机物与氢的一对可逆反应实现（即加氢反应和脱氢反应）的。加氢反应实现氢的储存，脱氢反应实现氢的释放。有机物储氢优点与传统的储氢技术相比有以下优点：（1）储氢量大。（2）储氢剂和氢载体的性质与汽油相似，储存、运输、维护保养安全方便。（3）可多次循环使用，寿命长达20年。（4）加氢反应放出大量的热，可供利用。地下储氢被认为是一种长期大量储氢的主要方法。4.7玻璃微球储氢和地下储氢各种储氢技术的比较储氢技术优点不足压力容器储存200atm以下技术完全成熟；使用广泛；成本低200atm时储氢量少；高压（700atm）下能量密度可于液氢媲美，但低于汽油和煤油；高压储存技术任在发展中液氢储罐技术完全成熟；储氢密度大需要极好的绝热容器以维持低温；成本高；有蒸发损