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氫是可再生資源，并不是自身普遍存在，一定要用分離的方式。現(xiàn)階段采用較多的方式便是電解水，除此之外，也有某些生物制備方式也能夠作為產(chǎn)氫的方案。風(fēng)能、潮汐能、核能和太陽(yáng)能等都需要先轉(zhuǎn)換成電能之后再利用電解的方式可分解出氫。氫能的最大的優(yōu)點(diǎn)便是能夠 存儲(chǔ)，而電能則無(wú)法存儲(chǔ)。與此同時(shí)，氫很輕，1立方米的液氫只有約70千克，可是能量密度很高。
當(dāng)今的世界開(kāi)發(fā)再生資源刻不容緩，根本原因是現(xiàn)階段所用的再生資源如石油、天然氣、煤，均屬不可再生資源，地球上存量有限，而人類生存又時(shí)刻離不開(kāi)再生資源，所以一定要尋找新的再生資源。
氫作為再生資源有很多優(yōu)勢(shì)。水通過(guò)光分解可制得氫，水是取之不竭，用之不盡的原材料，又非常低成本，地球上的表面有是水，儲(chǔ)藏量非常大。氫燃料燃燒后又轉(zhuǎn)化成水，是一種燃燒無(wú)害、非常清潔的再生資源。氫在存儲(chǔ)、運(yùn)輸上比電力損耗小，并且氫燃燒熱值高，1千克氫燃燒產(chǎn)生的熱量等同于3kg汽油或4.5kg焦炭的發(fā)熱量。可是在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用中氫的存儲(chǔ)與運(yùn)輸，及其運(yùn)用太陽(yáng)能分解水制取氫，始終是制約氫能發(fā)展壯大的難題。
直到現(xiàn)在，氫能的運(yùn)用現(xiàn)有巨大進(jìn)步。自打1965年美國(guó)開(kāi)始研發(fā)液氫發(fā)動(dòng)機(jī)以來(lái)，陸續(xù)研制了多種類型的噴氣式和火箭式發(fā)動(dòng)機(jī)。美國(guó)的航天飛機(jī)已順利采用液氫做燃料。中國(guó)長(zhǎng)征2號(hào)、3號(hào)也采用液氫做燃料。運(yùn)用液氫代替柴油，用于鐵路機(jī)車或一般汽車的研發(fā)也非常活躍。氫汽車靠氫燃料、氫燃料電池運(yùn)轉(zhuǎn)也是溝通電力系統(tǒng)和氫能體系的關(guān)鍵方式。
現(xiàn)階段，世界各地已經(jīng)科研怎么能大量而低成本的生產(chǎn)氫。運(yùn)用太陽(yáng)能來(lái)分解水是一個(gè)關(guān)鍵研究?jī)?nèi)容，在光的作用下將水分解成氫氣和氧氣，重點(diǎn)在于找出一種最合適的催化劑。現(xiàn)如今世界上50多個(gè)實(shí)驗(yàn)室在開(kāi)展科研，迄今為止并未有重大進(jìn)展，但它蘊(yùn)育著廣闊的前景。
氫能源的開(kāi)發(fā)與利用的現(xiàn)狀
1、借助氫能可飛上天
古時(shí)候，秦始皇統(tǒng)一中國(guó)，他想永生不死，曾大力支持煉丹術(shù)。實(shí)際上煉丹術(shù)士最開(kāi)始觸碰的也是氫的金屬化合物。萬(wàn)般無(wú)奈多少君王希望永生不死，或臆想遨游太空，都受那時(shí)候的科技總體水平限制，真的是登天無(wú)梯。到之后，1869年俄國(guó)知名專家學(xué)者門(mén)捷列夫整理出化學(xué)元素周期表，他把氫元素放在周期表的第一位，自此從氫出發(fā)，探尋與氫元素之間的關(guān)聯(lián)，為諸多的元素奠定了基礎(chǔ)，人們對(duì)氫的科研和運(yùn)用也就更科學(xué)規(guī)范了。至1928年，德國(guó)齊柏林公司運(yùn)用氫的巨大浮刀，生產(chǎn)制造了世界上第一艘“LZ-127齊柏林”號(hào)飛艇，第一次把人們從德國(guó)運(yùn)載到南美洲，完成了在空中飛渡大西洋的航行。大概歷經(jīng)了十年的運(yùn)行，航行16萬(wàn)多公里，使1.3萬(wàn)人領(lǐng)受了飛上天的滋味，這也是氫氣的奇跡。
2、燃燒氫氣能發(fā)電
大型的電站，不論是水電、火電或核電，全部都是把發(fā)出的電送往電網(wǎng)，由電網(wǎng)輸送給客戶。可是各種各樣用電戶的負(fù)荷不一樣，電網(wǎng)有時(shí)候是高峰，有時(shí)候是低谷。為了更好地調(diào)整峰荷、電網(wǎng)中常會(huì)需要啟動(dòng)快和相對(duì)比較靈活的發(fā)電站，氫能發(fā)電就最適用于搶演這一個(gè)角色。運(yùn)用氫氣和氧氣燃燒，構(gòu)成氫氧發(fā)電機(jī)組。這類機(jī)組是火箭型內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)配以發(fā)電機(jī)，它無(wú)需比較復(fù)雜的蒸汽鍋爐系統(tǒng)，所以構(gòu)造簡(jiǎn)潔明了，檢修便捷，啟動(dòng)迅速，要開(kāi)即開(kāi)，欲停即停。在電網(wǎng)低負(fù)荷的，還可吸取不必要的電來(lái)開(kāi)展電解水，生產(chǎn)制造氫和氧，以便高峰時(shí)發(fā)電用。這類調(diào)節(jié)作用針對(duì)用網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)是有利的。此外，氫和氧還可直接更改常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行情況，提升 電站的發(fā)電能力。比如氫氧燃燒構(gòu)成磁流體發(fā)電，運(yùn)用液氫冷卻發(fā)電裝置，從而提升 機(jī)組功率等。
更新的氫能發(fā)電方式是氫燃料電池。這也是運(yùn)用氫和氧(成空氣)可以直接通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)而形成電能的裝置。換句話說(shuō)，也是水電解槽形成氫和氧的逆反應(yīng)。七十年代至今，日美等國(guó)抓緊科研各種各樣燃料電池，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入到商業(yè)性研發(fā)，日本已建立萬(wàn)千瓦級(jí)燃料電池發(fā)電站，美國(guó)有30多家生產(chǎn)商在研發(fā)燃料電池.德、英、法、荷、丹、意和奧地利等國(guó)也是有20多家公司投入了燃料電池的科研，這類新型的發(fā)電方式已吸引全球的關(guān)注。
燃料電池是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成為電能，不用進(jìn)行燃燒，能源轉(zhuǎn)換成效率可以達(dá)到60%-80%，并且污染少，噪聲小，裝置可大可小，更加靈活。最初，這樣的發(fā)電裝置非常小，造價(jià)很高，具體用于宇航作電源。如今已大幅度降價(jià)，逐漸偏向地面應(yīng)用。現(xiàn)階段，燃料電池的種類很多，具體有下列這幾種:
磷酸鹽型燃料電池
磷酸鹽型燃料電池是最初的一種燃料電池，生產(chǎn)流程基本完善，美國(guó)和日本已各自建設(shè)4500KW及11000KW的商用電站。這類燃料電池的操作溫度為200℃，最大電流密度可做到150毫安/cm2，發(fā)電效率約45%，燃料以氫、甲醇等為宜，氧化劑用空氣，但催化劑為鉑系列，現(xiàn)階段發(fā)電成本費(fèi)用尚高，每千瓦小時(shí)約40~50美分。
融熔碳酸鹽型燃料電池
融熔碳酸鹽型燃料電池通常稱之為第2代燃料電池，其運(yùn)轉(zhuǎn)溫度650℃上下，發(fā)電效率約55%，日本三菱公司已建好10千瓦級(jí)的發(fā)電裝置。這類燃料電池的電解質(zhì)是液態(tài)的，考慮到工作溫度高，能夠 承載一氧化碳的存在，燃料可用氫、一氧化碳、天然氣等均可。氧化劑用空氣。發(fā)電成本每千瓦小時(shí)可少于四十美分。
固體氧化物型燃料電池
固體氧化物型燃料電池被認(rèn)定是第3代燃料電池，其操作溫度一千℃上下，發(fā)電量效率可超出60%，現(xiàn)階段許多國(guó)家在科學(xué)研究，它適用于建造大型發(fā)電站，美國(guó)西屋公司已經(jīng)在進(jìn)行研發(fā)，有望發(fā)電量成本每千瓦小時(shí)少于20美分。
除此之外，也有幾個(gè)類別的燃料電池，如堿性燃料電池，運(yùn)行溫度約200℃，發(fā)電量效率也可高達(dá)60%，且無(wú)需貴金屬作催化劑，瑞典已研發(fā)200千瓦的一個(gè)裝置用以潛水艇。美國(guó)最開(kāi)始用以阿波羅飛船的一種小型燃料電池稱之為美國(guó)型，實(shí)則離子交換膜燃料電池，它的發(fā)電量效率高達(dá)75%，運(yùn)行溫度少于100℃，但是必需以純氧作氧化劑。后來(lái)，美國(guó)又研制一種用以氫能汽車的燃料電池，充一次氫可行300公里，時(shí)速可達(dá)100公里，這也是一種可逆式質(zhì)子交換膜燃料電池，發(fā)電量效率最高達(dá)80%。
燃料電池理想的燃料是氫氣，因?yàn)樗请娊庵茪涞哪娣磻?yīng)。燃料電池的適用范圍除建立固定電站外，尤其適用于作移動(dòng)電源和車船的動(dòng)力，所以也是今后氫能利用的雙胞胎兄弟。
家庭用氫真便捷
伴隨著制氫技術(shù)的快速發(fā)展和不可再生能源的缺少，氫能運(yùn)用早晚將進(jìn)入到家庭生活，第一步是比較發(fā)達(dá)的大都市，它能夠 像運(yùn)輸城市煤氣那樣，根據(jù)氫氣管道送到家家戶戶。每一個(gè)用戶則采用金屬氫化物貯罐將氫氣貯存，隨后各自接通廚房灶具、浴室、氫氣冰箱、空調(diào)機(jī)等等這些，而且在車庫(kù)內(nèi)與汽車充氫設(shè)備連接。大家的日常生活靠這條氫能管道，能夠 替代煤氣、暖氣甚至于電力管線，連汽車的加油站也省去了。這種清潔便捷的氫能系統(tǒng)，將給大家打造愜意的生活環(huán)境，緩解很多繁雜事情。
國(guó)際氫能開(kāi)發(fā)與利用現(xiàn)實(shí)情況
氫能的運(yùn)用并不是新穎的事。在工業(yè)生產(chǎn)上，氣體壓縮技術(shù)早就成熟穩(wěn)定，而航天上采用的低溫技術(shù)以及我國(guó)為“兩彈一星”進(jìn)行的液氫液氧科學(xué)研究全部都是對(duì)氫能的使用，只不過(guò)，這歸屬于高新技術(shù)領(lǐng)域。要真正的完成氫能的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，從氫能的生產(chǎn)制造、存儲(chǔ)、輸送到有關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與產(chǎn)業(yè)體系的建設(shè)以及規(guī)范化的全過(guò)程，全世界都還有1條長(zhǎng)路要走。在本次國(guó)際會(huì)議開(kāi)幕式上，歐盟駐華代表團(tuán)公使銜參贊G.Papageorgiou作了歐盟即將在07年開(kāi)始的“框架七”研究計(jì)劃的報(bào)告，激勵(lì)中國(guó)專家與歐盟各個(gè)國(guó)家權(quán)威專家借助國(guó)際交流在歐盟未來(lái)科技發(fā)展計(jì)劃中協(xié)作發(fā)展。在之后的主題報(bào)告中，諸多來(lái)源于歐盟、日本和美國(guó)以及國(guó)內(nèi)的氫能綜合利用項(xiàng)目負(fù)責(zé)人和專家介紹了世界各國(guó)當(dāng)今氫能科學(xué)研究項(xiàng)目的最新消息、科研成果以及行業(yè)前景狀況，氫能科學(xué)研究現(xiàn)已成為了全球的熱點(diǎn)。國(guó)際氫能運(yùn)用現(xiàn)在還處在初始環(huán)節(jié)，不僅僅在我國(guó)，全世界都這樣。可是，外國(guó)現(xiàn)已進(jìn)行了諸多的氫能項(xiàng)目，采用各種各樣方式積極地進(jìn)行氫能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的研究。據(jù)了解，歐盟先前在氫能運(yùn)用這方面現(xiàn)已支持了好幾個(gè)實(shí)體計(jì)劃，包含與氫能車運(yùn)行有關(guān)的CUTE、氫能存儲(chǔ)這方面的StorHy、氫能輸送上的HyWays以及氫能安全HySafe等項(xiàng)目計(jì)劃。在這種科學(xué)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，歐盟“框架六”設(shè)立了Hyapproval項(xiàng)目，借助以氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及加氫站為主線，在歐盟層面上制定氫能發(fā)展中實(shí)際難題的解決方法，從有關(guān)組織的社會(huì)綜合性方面建立科學(xué)合理的氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和加氫站的論證審批程序，向世界強(qiáng)烈推薦加氫站的準(zhǔn)許程序流程、技術(shù)驗(yàn)證方式以及有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，以便為氫能產(chǎn)業(yè)制定研發(fā)方向，同時(shí)在氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行管理以及安全問(wèn)題這方面有章可循。
我們可以見(jiàn)到氫燃料的優(yōu)點(diǎn)有很多，選用氫燃料至關(guān)重要的優(yōu)點(diǎn)其一是能夠 使排出的CO2降至零，所以對(duì)能源來(lái)源和轉(zhuǎn)化技術(shù)評(píng)估變得至關(guān)重要。我們可以根據(jù)從原油或生物材料(包含城市的固體廢物或叫MSW)里提取氫原子，或根據(jù)用不可再生資源或游離碳能源發(fā)電電解水獲得氫。后面一種通常相對(duì)比較價(jià)格昂貴，極少被選用。值得一提的是，選用混合電流能量電解氫將造成低效、碳基能源產(chǎn)物，這將提升 CO2的排出。在不久的未來(lái)，除開(kāi)在那一些水電資源非常豐富的國(guó)家外，諸如:冰島、挪威、瑞典、巴西和加拿大或那些低消費(fèi)、非高峰能源容易取得的國(guó)家，從天然氣、甲醇、石油或MSW中提取氫將是最廉價(jià)的一種選擇。雖然有CO2排出治理和扣押成本，在大部分地方從原油中提取氫比電解水制氫要便宜有很多。
目前，相對(duì)于氣候的變化和石油進(jìn)口依靠的國(guó)際化關(guān)注的加大，造成了氫能行業(yè)市場(chǎng)生存能力示范性工程的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。世界各國(guó)政府部門(mén)、跨國(guó)企業(yè)和民間團(tuán)體對(duì)加快氫能轉(zhuǎn)變起到了至關(guān)重要的作用。要實(shí)現(xiàn)氫經(jīng)濟(jì)，仍存有很多相關(guān)的問(wèn)題，諸如，集中化還是分散化生產(chǎn)氫;氫汽車的研究、發(fā)展和行業(yè)市場(chǎng)問(wèn)題;改善燃料電池技術(shù)問(wèn)題;基礎(chǔ)設(shè)施(燃料運(yùn)輸和加油站)方面問(wèn)題等等這些。氫能的商業(yè)化和行業(yè)市場(chǎng)突破，取決于這種復(fù)雜的要素的互相影響程度，以及成本、功率、能量存儲(chǔ)密度和車輛的成本、性能、行駛范圍、安全等。并且，假如世界某一部分地區(qū)氫能和燃料電池發(fā)展取得突破將不可避免的影響到世界經(jīng)濟(jì)的進(jìn)程。
在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈的電力市場(chǎng)，將氫作為電的存儲(chǔ)介質(zhì)會(huì)取得有效的經(jīng)濟(jì)作用，是因?yàn)闅淠軆?chǔ)存可以使公共事業(yè)系統(tǒng)更為靈活性，容許間斷性地選用像風(fēng)能發(fā)電這種間斷性的電力來(lái)源，因此為發(fā)電廠節(jié)約燃料，提升 經(jīng)濟(jì)效益;在選用的安全方面，氫燃料比較其它燃料要安全得多，簡(jiǎn)而言之，極大部分情況下，假如點(diǎn)燃的情況下，氫氣泄漏只能造成燃燒，而并不會(huì)發(fā)生爆炸。真相說(shuō)明，項(xiàng)目投資氫能建設(shè)的市場(chǎng)前景非常廣闊。
