——淺析氫能源的利用與發(fā)展

目前有多家燃?xì)夤咎貏e是從事天然氣加氣站設(shè)備制造和提供商都進入了氫能源的利用的開發(fā)和研究，主要是把氫氣作為清潔能源在交通領(lǐng)域的應(yīng)用,。

其實,，2017年5月，全國首個市場化建設(shè)運營的加氫站;位于丹灶的瑞暉加氫站建設(shè)完畢,！2017年9月,，上海首個氫能源基礎(chǔ)設(shè)施投資建設(shè)運營平臺成立，計劃在三至五年內(nèi)建成''環(huán)上海加氫站走廊'',。規(guī)劃到2020年,，上海將聚集超過100家燃料電池汽車相關(guān)企業(yè)，于2025年建成50座加氫站，到2030年實現(xiàn)燃料電池汽車技術(shù)和制造總體達(dá)到國外同等水平,，上海燃料電池汽車全產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值突破3000億元,。

''氫產(chǎn)業(yè).氫生活.氫未來''新聞發(fā)布會上，氫能早已過了''概念性''的階段,，隨著對氫能行業(yè)專業(yè)知識的加深,，也不會再''談氫色變''。學(xué)術(shù)界和行業(yè)界已經(jīng)形成共識,，只要按照規(guī)范去做氫能產(chǎn)業(yè),，安全程度是很高的。預(yù)計在未來的三到五年時間內(nèi),，即2020年左右,，氫能產(chǎn)業(yè)會進入一個爆發(fā)期。

1,、 氫能的優(yōu)點

氫能是一種二次能源,，它是通過一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤,、石油,、天然氣可以直接開采，今下幾乎完全依靠化石燃料制取得到,，如果能回收利用工程廢氫,，每年大約可以回收到大約1億立方米，這個數(shù)字相當(dāng)可觀,。氫正是這樣一種在常規(guī)能源危機的出現(xiàn)和開發(fā)新的二次能源的同時,，人們期待的新的二次能源。

氫位于元素周期表之首,，原子序數(shù)為1,，常溫常壓下為氣態(tài)，超低溫高壓下為液態(tài),。作為一種理想的新的合能體能源,，它具有以下特點：

重量最輕：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，密度為 0.0899g/l,，－252.7℃時,，可成為液體，若將壓力增大到數(shù)百個大氣壓,，液氫可變?yōu)榻饘贇洹?/p>

導(dǎo)熱性最好：比大多數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)高出10倍,。

普遍元色：據(jù)估計它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的 75%，除空氣中含有氫氣外,，它主要以化合物的形態(tài)貯存于水中,，而水是地球上最廣泛的物質(zhì),。據(jù)推算，如把海水中的氫全部提取出來,，它所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍,。

回收利用：利用氫能源的汽車排出的廢物只是水，所以可以再次分解氫,，再次回收利用,。

理想的發(fā)熱值：除核燃料外氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,，為142,351kJ/kg,，是汽油發(fā)熱值的3倍。

燃燒性能好 :點燃快,，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍,，而且燃點高，燃燒速度快

無毒：與其他燃料相比氫燃燒時最清潔,，除生成水和少量氮化氫外不會產(chǎn)生諸如一氧化碳,、二氧化碳、碳?xì)浠衔?、鉛化物和粉塵顆粒等對環(huán)境有害的污染物質(zhì),，少量的氮化氫經(jīng)過適當(dāng)處理也不會污染環(huán)境，且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫,，反復(fù)循環(huán)使用,。產(chǎn)物水無腐蝕性，對設(shè)備無損,。

利用形式多：既可以通過燃燒產(chǎn)生熱能,，在熱力發(fā)動機中產(chǎn)生機械功，又可以作為能源材料用于燃料電池,，或轉(zhuǎn)換成固態(tài)氫用作結(jié)構(gòu)材料,。

多種形態(tài)：以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的金屬氫化物出現(xiàn),，能適應(yīng)貯運及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求,。

耗損少：可以取消遠(yuǎn)距離高壓輸電，代以遠(yuǎn)近距離管道輸氫,，安全性相對提高,，能源無效損耗減小

利用率高：氫取消了內(nèi)燃機噪聲源和能源污染隱患，利用率高,。

運輸方便：氫可以減輕燃料自重,，可以增加運載工具有效載荷,，這樣可以降低運輸成本從全程效益考慮社會總效益優(yōu)于其他能源,。

減少溫室效應(yīng)：氫取代化石燃料能最大限度地減弱溫室效應(yīng)

2,、 氫能在交通能源的利用形式

氫能汽車是以氫為主要能量作為移動的汽車。一般的內(nèi)燃機,，通常注入柴油或汽油,，氫汽車則改為使用氣體氫。氫內(nèi)燃車和氫燃料電池車

1,、 氫內(nèi)燃車

氫內(nèi)燃車是傳統(tǒng)汽油內(nèi)燃機車的帶小量改動的版本,。氫內(nèi)燃直接燃燒氫，不使用其他燃料或產(chǎn)生水蒸氣排出,。這些車的問題是氫燃料很快耗盡,。載滿氫氣的油缸只能行駛數(shù)英里，很快便沒能量,。另一方面,，各色各樣的方法正在研究以減少耗用的空間，例如用液態(tài)氫或氫化物,。

2,、 氫燃料電池車

氫燃料電池通過液態(tài)氫與空氣中的氧結(jié)合而發(fā)電，根據(jù)此原理而制成的氫燃料電池可以發(fā)電用來推動汽車,，提供家庭或工業(yè)用電或作為手機電池,。

氫燃料電池能量密度更高（單位體積下約為傳統(tǒng)電池7倍）、加注更快（平均3~5分鐘）,、綜合效率最高（29%）,，續(xù)航里程上限更高。號稱''加氫三分鐘,，續(xù)航七百里'',。

3、 氫能源站

在這一領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)有點類似當(dāng)年的壓縮天然氣（車用CNG）,，需要氫能源發(fā)動機,、氫能源站、氫氣儲氣瓶等,。

車載氫氣罐在加油站中用一個特殊的泵來加氣,，這和LNG（液化天然氣）汽車很像。由于是直接填充燃料,，汽車上攜帶的燃料越多,，汽車行駛里程就越大。搭載了70MPa的高壓儲氫罐,，比CNG的20MPa高得不是一星半點,。

下圖為電動汽車車載供氫系統(tǒng)原理圖，是不是和CNG汽車的原理極其相似,。

3,、 氫的制備技術(shù)與突破

世界各國正在研究如何能大量而廉價的生產(chǎn)氫,。利用太陽能來分解水是一個主要研究方向，在光的作用下將水分解成氫氣和氧氣,，關(guān)鍵在于找到一種合適的催化劑,。在水中放入催化劑，在陽光照射下,，催化劑便能激發(fā)光化學(xué)反應(yīng),，把水分解成氫和氧。人們預(yù)計,，一旦當(dāng)更有效的催化劑問世時,，水中取''火''——制氫就成為可能，到那時,，人們只要在汽車,、飛機等油箱中裝滿水，再加入光水解催化劑,，那么,，在陽光照射下，水便能不斷地分解出氫,，成為發(fā)動機的能源,。

科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)，一些微生物也能在陽光作用下制取氫,。人們利用在光合作用下可以釋放氫的微生物,，通過氫化酶誘發(fā)電子，把水里的氫離子結(jié)合起來,，生成氫氣,。前蘇聯(lián)的科學(xué)家們已在湖沼里發(fā)現(xiàn)了這樣的微生物，他們把這種微生物放在適合它生存的特殊器皿里,，然后將微生物產(chǎn)生出來的氫氣收集在氫氣瓶里,。

日本已找到一種叫做''紅鞭毛桿菌''的細(xì)菌，就是個制氫的能手,。

美國宇航部門準(zhǔn)備把一種光合細(xì)菌——紅螺菌帶到太空中去,，用它放出的氫氣作為能源供航天器使用。

氫能源利用的兩個難點：氫氣難儲存,，生產(chǎn)成本高,，這是制約氫氣作為優(yōu)質(zhì)能源不能大力推廣的關(guān)鍵因素，另外氫氣的貯存也是需要解決的問題,。

氫能被譽為''終極能源'',，其未來的產(chǎn)業(yè)化有無限的想象空間。