氢能利用

hydrogen energy utiliza-tion将氢用于发电以及各种机动车和飞行器的燃料、家用燃料等。氢作为能源使用时，无污染物产生，燃烧产物是水，而生产氢的原料也是水。它的热值高，每克液氢可达120kJ，是汽油的2.8倍。氢是二次能源，也是一种清洁的能源。今后随着技术的发展，广泛使用氢能可以解决因化石燃料而引起的环境、生态等严重问题。氢能的贮运性好，使用也方便，可转化性优于除电能以外的其他各类能源，安全性也与汽油相当。太阳能、风能、地热、核能、电能等均可转化成氢加以贮存、运输或直接利用。氢是一种理想的载能体，因此氢能的开发利用很有前途。 氢的制备可用多种方法：①电解法。将水分解成氢和氧。目前需4. 0～4. 5kWh的电能才可获得1m3的氢。如采用高温电解水蒸气的方法，则可降低至3. 0kWh左右。②热化学制氢法。直接将水分解成氢与氧，必须在3 000℃以上。如将此分解反应经多种化学反应的配合而构成一化学循环，反应温度就只需控制在1 000℃左右，所用化学物质可循环使用。总循环为输入水，产出氢与氧。已进行试验研究的有十几种循环方法。③光电化学法。用半导体材料，如二氧化钛、单晶硅、硫化镉等与电解质溶液组成光电化学电池，在阳光照射下制氢。④等离子化学制氢。在等离子体的作用下，将煤、石油、天然气与水蒸气反应制得氢和一氧化碳的工艺技术。它具有氢气产率高、成本低、能耗少，设备简单等优点。德国已在南非建成大型制氢生产厂。原苏联还研究了等离子体直接与水蒸气反应制得氢的技术。 氢的贮存和输送可采用不同方法。大量氢的贮存，可用废弃的矿井或山洞。小量氢可用高压钢瓶贮存，也可用水封式贮氢罐及金属氧化物贮氢罐。长距离输氢可用管道。制成液态氢（-252.7℃时成液态）贮存与输送也是一种方法，但制成液态氢要消耗其本身能量的1/3以上，只能在特殊情况下使用。 氢能的使用有以下各种方式：①作燃料直接燃耗，如氢能飞机，氢能汽车等。②氢能发电。采用氢燃料电池通过电化学反应直接转换成电能，其能量转换效率可达80％以上，甚至可以接近100％。因此，燃料电池是各种发电方式效率最高的发电方式。由于成本高，燃料电池起初只用于宇航工业。随着科技的进步，现在成本已大大降低，开始用于民用电站。纽约与东京已分别建成了容量为2. 0MW和4. 5MW的燃料电池发电站。预计至21世纪，燃料电池发电量将占整个发电量的相当比重。③氢可用作为各种能源的转换介质或中间载体。氢与很多金属或合金的氢化反应是可逆的，而且在反应过程中伴随着热能、机械能或化学能的转换。例如日本利用贮氢合金变风能为热能。它利用风能的机械功将空气热压缩成高温空气。高温空气的一部分热量传给热负荷，但大部分热量则传给贮氢合金MH2。 MH2加热后分解成氢气H2和金属M，氢气贮存起来。当无风时，贮存的氢气放出与金属M反应，释放热量给热负荷。 作为人类长远的战略能源，氢可与其他一次能源结合发展各种氢能系统，特别是太阳能-氢能综合能源系统有着十分美好的前景。 （刘觉）