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氢能

更新时间:2022-01-25 15:02:26

在众多的新能源中,氢能将会成为21世纪最理想的能源。这是因为,氢气重量轻,热值高,储运方便,不污染环境,更重要的是氢的分布很广,主要存在于水中,而燃烧后唯一的产物也是水。如果能用合适的方法从水中制取氢,那么,氢将是一种取之不尽,用之不竭的能源。

氢属二次能源,提取时要消耗能量。因此,要大量利用氢能源,就要求有先进的耗能低、成本低、能大量生产氢的方法。现在世界上氢的年产量约为3600万吨,其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气制取的,这就得消耗本来就很紧张的矿物燃料;而4%的氢是用电解水的方法制取的,但耗电太多,很不合算。所以现有的制氢方法只能维持目前航天、电子、冶金、炼油、化工等少数方面的需要。为使氢能得到更为广泛的应用,人们正在积极研究新的制氢方法。

太阳能制氢:这是本世纪70年代发展起来的方法,个体实施技术有多种。如利用太阳热能、直接热分解或热化学化解水制氢,太阳能电解水制氢,太阳能光化学分解水制氢,太阳能光电化学电池分解水制氢等。但这些方法制氢,均需以低成本、大规模使用太阳能为前提。在目前大阳能利用技术还不是很普遍的条件下,用它来制氢还存在很多困难。另外,太阳能制氢还涉及催化剂的使用、电极材料的选择等问题。

生物学制氢:人们利用在光合作用下可以释放氢的微生物,通过氢化酶诱发电子,把水里的氢离子结合起来,生成氢气。另外,许多低等生物在新陈代谢的过程中也可放出氢气。美国、日本、前苏联等国家都已取得了一些研究成果。

原子能制氢:利用核反应堆中的放射性能量分解水来制造氢气或者建造电解水制氢的专用核电站。

另外还有许多种制氢技术,绝大部分仍处于理论研究和实验室阶段,距离大规模工业实用化,还有相当大的距离。开发氢能还存在一个难题,这就是氢气的贮存。目前,氢的储运主要采取:一是气态储存和运输;二是高压低温的液态罐装储运;三是用金属或合金材料的氢化物贮氢。

虽然,氢的制取和储存方面都还存在较大的难题,然而,由于氢能的特殊优点,在航天、航空、汽车等领域利用,显示出它的独特优势,并为今后的大规模使用展示了广阔前景。

首先,在航天方面,氢可谓是最理想的航天动力燃料。氢质量轻而能量密度很高。既可满足航天飞机、运载火箭的基本燃料需求,又减轻燃料自重,增加有效载荷。1960年,液氢首次成为太空火箭燃料,70年代美国发射的“阿波罗”登月飞船使用的起飞燃料也是液态氢。目前氢几乎已成为所有航天飞行器的主要动力燃料。

氢作为气体燃料,在汽车应用方面成效显著。1976年5月,美国研制出一种以氢气作燃料的汽车。之后,日本、德国、英国等国均已研制成功以氢为动力的汽车。用氢作汽车的燃料,不仅干净、在低温下容易起动,而且对发动机腐蚀作用小,可延长发动机的使用寿命,简化现有汽车构造。

另外,使用氢、氧燃料电池还可以把氢能直接转化成电能,使氢能的利用更为方便。目前,这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到应用。能源危机与出路能源问题,至少应该包括以下两个方面:一是因能源(主要是常规能源)短缺而形成的能源供应问题;二是因大量使用化石燃料而引发的环境问题。本世纪70年代爆发的世界性石油危机使人们开始认识到世界能源供应的问题;而从50年代以来持续困扰人类社会发展的环境问题,使人们开始认识到现行能源结构与环境破坏之间的内在联系。要真正解决能源问题,除了想方设法解决能源供应问题之外,还必须同时注意环境的保护。这两者都是人类社会在保持持续发展中必须同时关注的问题。

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