綠色化學(xué)之氫能源

我們目前所用的能源如石油、天然氣、煤，石油氣均屬不可再生資源，隨著這些化石燃料耗量的日益增加，其儲量日益減少，終有一天它們終將枯竭，同時化石燃料的燃燒所帶來的后果，諸如溫室效應(yīng)和環(huán)境污染等問題，這就迫切需要我們尋找一些符合綠色化學(xué)理念的可再生的清潔能源，而氫能是公認的清潔能源，作為低碳和零碳能源正在脫穎而出。

環(huán)境和資源的壓力之下。。。

主要內(nèi)容

1.氫能的優(yōu)勢2.電解水制氫3.礦物燃料制氫4.生物質(zhì)制氫

5.氫能的利用氫能的優(yōu)勢

1.資源豐富。氫的制取原料可以是水，地球上儲存的水資源較為豐富，并且在較長的時間內(nèi)不受限制。2.

污染較小。氫燃燒后的產(chǎn)物是水，對環(huán)境的污染較小，而且不會破壞水的自然循環(huán)。最直接的好處就是如果有一天地球上全部使用氫能源，則諸如溫室效應(yīng)、酸雨、厄爾尼諾現(xiàn)象都會消失。3.

氫燃燒速度快，熱值大〔⊿H（298.15K）=-286kJ／mol〕。根據(jù)這一點，氫可以作為很好的動力能源。實驗證明，氫的燃燒效率比汽油高45%以上。4.

氫能能夠存儲，而電是很難存儲的。5.

氫能應(yīng)用范圍廣，適應(yīng)性強，例如通過氫還原的方式可以直接煉鋼和制取甲烷。電解水制氫水電解制氫

是目前應(yīng)用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的逆過程，因此只要提供一定形式一定能量，則可使水分解。提供電能使水分解制得氫氣的效率一般在75-85％，其工藝過程簡單，無污染，但消耗電量大，因此其應(yīng)用受到一定的限制。利用電網(wǎng)峰谷差電解水制氫，作為一種貯能手段也具有特點。我國水力資源豐富，利用水電發(fā)電，電解水制氫有其發(fā)展前景。太陽能取之不盡，其中利用光電制氫的方法即稱為太陽能氫能系統(tǒng)，國外已進行實驗性研究。隨著太陽電池轉(zhuǎn)換能量效率的提高，成本的降低及使用壽命的延長，其用于制氫的前景不可估量。同時，太陽能、風(fēng)能及海洋能等也可通過電制得氫氣并用氫作為中間載能體來調(diào)節(jié)，貯存轉(zhuǎn)化能量，使得對用戶的能量供應(yīng)更為靈活方便。供電系統(tǒng)在低谷時富余電能也可用于電解水制氫，達到儲能的目的。我國各種規(guī)模的水電解制氫裝置數(shù)以百計，但均為小型電解制氫設(shè)備，其目的均為制提氫氣作料而非作為能源。隨著氫能應(yīng)用的逐步擴大，水電解制氫方法必將得到發(fā)展。光解水制氫系統(tǒng)氫能源--未來理想的新能源水解制氫設(shè)備礦物燃料制氫

以煤、石油及天然氣為原料制取氫氣是當(dāng)今制取氫氣是主要的方法。該方法在我國都具有成熟的工藝，并建有工業(yè)生產(chǎn)裝置。煤為原料制取氫氣在我國能源結(jié)構(gòu)中，在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)，煤炭還將是主要能源。如何提高煤的利用效率及減少對環(huán)境的污染是需不斷研究的課題，將煤炭轉(zhuǎn)化為氫是其途徑之一。以煤為原料制取含氫氣體主要有兩種方法：1.煤的焦化（或稱高溫干餾）2.煤的氣化焦?fàn)t煤氣變壓吸附制氫裝置

未來型能源廠房礦物燃料制氫以天然氣或輕質(zhì)油為原料制取氫氣

該法是在催化劑存在下與水蒸汽反應(yīng)轉(zhuǎn)化制得氫氣。主要發(fā)生下述反應(yīng)：

CH4＋H2O→CO＋H2

CO＋H2O→COZ＋HZ

CnH2h＋2＋Nh2O→nCO＋（Zh＋l）礦物燃料制氫

以重油為原料部分氧化法制取氫氣的方法：重油原料包括有常壓、減壓渣油及石油深度加工后的燃料油，重油與水蒸汽及氧氣反應(yīng)制得含氫氣體產(chǎn)物。部分重油燃燒提供轉(zhuǎn)化吸熱反應(yīng)所需熱量及一定的反應(yīng)溫度。

該法生產(chǎn)的氫氣產(chǎn)物成本中，原料費約占三分之一，而重油價格較低，故為人們重視。我國建有大型重油部分氧化法制氫裝置，用于制取合成氫的原料。礦物燃料制氫生物質(zhì)制氫

生物質(zhì)氣化制氫

將生物質(zhì)原料如薪柴、麥秸、稻草等壓制成型，在氣化爐（或裂解爐）中進行氣化或裂解反應(yīng)可制得含氫燃料。我國在生物質(zhì)氣化技術(shù)領(lǐng)域的研究已取得一定成果，在國外，由于轉(zhuǎn)化技術(shù)的提高，生物質(zhì)氣化已能大規(guī)模生產(chǎn)水煤氣，其氫氣含量大大提高。微生物制氫

微生物制氫技術(shù)亦受人們的關(guān)注。利用微生物在常溫常壓下進行酶催反應(yīng)可制得氫氣。生物質(zhì)產(chǎn)氫主要有化能營養(yǎng)微生物產(chǎn)氫和光合微生物產(chǎn)氫兩種。屬于化能營養(yǎng)微生物的是各種發(fā)酵類型的一些嚴格厭氧菌和兼性厭氧菌）發(fā)酵微生物放氫的原始基質(zhì)是各種碳水化合物、蛋白質(zhì)等。目前已有利用碳水化合物發(fā)酵制氫的專利，并利用所產(chǎn)生的氫氣作為發(fā)電的能源。光合微生物如微型藻類和光合作用細菌的產(chǎn)氫過程與光合作用相聯(lián)系，稱光合產(chǎn)氫。.氫能的利用途徑①氫氣燃燒放熱（如液態(tài)氫作為火箭燃料）②用高壓氫氣，氧氣制作氫氧燃料電池③利用氫的熱核反應(yīng)釋放的核能（氫彈）碳納米管儲氫材料氫能的利用北京奧運會期間的氫能源公交車氫能源--未來理想的新能源氫能的利用氫能汽車加氫

奔馳2009新款燃料電池巴士瑞士氫燃料電池市政清掃車ENV氫燃料電池摩托車

質(zhì)子交換膜型燃料電池氫能源氫能的利用

以氫氣代替汽油作汽車發(fā)動機的燃料，已經(jīng)過日本、美國、德國等許多汽世公司的試驗，技術(shù)是可行的，目前主要是廉價氫的來源問題。氫是一種高效燃料，每公斤氫燃燒所產(chǎn)生的能量為33.6千瓦小時，幾乎等于汽車燃燒的2.8倍。氫氣燃燒不僅熱值高，而且火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，點火能量低（容易點著），所以氫能汽車比汽油汽車總的燃料利用效率可高20％。當(dāng)然，氫的燃燒主要生成物是水，只有極少的氮氧化物，絕對沒有汽油燃燒時產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等污染環(huán)境的有害成分。氫能汽車是最清潔的理想交通工具。氫能的利用

摻氫汽車的特點是汽油和氫氣的混合燃料可以在稀薄的貧油區(qū)工作，能改善整個發(fā)動機的燃燒狀況。在中國許當(dāng)城市交通擁擠，汽車發(fā)動機多處于部分負荷下運行、采用摻氫汽車尤為有利。特別是有些工業(yè)余氫（如合成氨生產(chǎn)）未能回收利用，若作為摻氫燃料，其經(jīng)濟效益和環(huán)境效益都是可取的。氫能發(fā)電方式是氫燃料電池。這是利用氫和氧（成空氣）直接經(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的裝置。換言之，也是