氢能——未来的理想能源.doc

氢能——未来的理想能源 马瑜璐 摘要：随着煤、石油、天然气等化石燃料的枯竭及环境污染的出现，开发清洁、高效、无污染的可再生能源是当前刻不容缓的任务。本文介绍了氢能源的特点、制氢技术及其应用前景，并。 关键字：氢能；制氢；可再生能源 Hydrogen energy——Abstract: With coal, oil, natural gas and other fossil fuel depletion and the emergence of environmental pollution ,exploitating clean, efficient, non-polluting renewable energy is the current urgent mission. This article presented a synthesis of the characteristics of hydrogen energy, hydrogen technology, its application prospects, and the future prospects for hydrogen energy. Key words: hydrogen energy; hydrogen technology; renewable energy 随着经济的发展以及人口的增长，人类对能源的需求越来越大煤、石油等化石燃料的消耗量也日益增加，其储存量日益减少，总有一天这些能源必将枯竭，带来严重的能源危机[1]，这就迫切需要开发一种清洁、高效的可再生能源，氢能就是人们所期待的一种新的理想能源，其清洁、高效、安全、可的特点使其被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，是人类的战略能源发展方向。 氢能的特点 氢位于元素周期表之首，在所有元素中质量最轻，导热性最好，是自然界存在的最普遍的元素，广泛存在于空气和水中，据推算，把海水中的氢全部提取出来，所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。氢的放热效率高，约为燃烧1克汽油放热的3倍[2]，并可以循环使用。氢的原料主要是水，氢气在燃烧过程中，除释放出巨大的能量外，生成物只有水，不会造成环境污染，被称为清洁燃料。氢气的重量轻、密度小便于运送和携带，容易储藏，与难储存的电相比，优越性更为显著。总之，氢能是一种清洁、高效、安全、可持续的理想能源。 氢能的制取与纯化 氢气能否广泛使用，制氢工艺是基础，目前主要的制氢工艺主要包括： 2.1 化石燃料制氢 目前全世界制氢的产量约为5×107t并以每年6%~7%的速度增加，其中煤、石油、天然气等的制氢约为96%[3]。 煤制氢 煤制氢主要指煤气化制氢，包括造气反应、水煤气变换反应、氢的提纯与压缩三个步骤，主要有Koppers-Totzek法、Texco法、Lurqi法、Winkler法、KRW法、Shell法、Prenflo法、气流床法、流化床法等[3]多种工艺。反应方程式如下： C(s)+H2O(g)→CO(g)+H2(g) (1) CO(g)+H2O(g)→CO2(g)+H2(g) (2) 这是一个吸热反应，反应所需的热量由氧气与碳的氧化反应提供。 石油制氢 石油也是制氢的重要原料，如甲醇、轻质油、重油，常用的工艺有甲醇裂解——变压吸附制氢、甲醇重整制氢[4]、轻质油水蒸气转化制氢、重油部分氧化制氢等。反应方程式如下： CH3OH+H2O→CO2+3H2 (3) CnH2n+2+nH2O→nCO+(2n+1)H2 (4) 2CnHm+2nH2O→2nCO+(n+m)H2 (5) CO+H2O→CO2+H2 (6) 天然气制氢 天然气的主要成分是甲烷，天然气制氢主要有天然气/水蒸气重整制氢[5]、天然气部分氧化制氢天然气/水蒸气重整与部分氧化联合制氢、天然气催化裂解制氢等多种方法。重整工艺主要有Technip、Uhde、Linde、Foster、Topsoe等[6]。 2.2 水电解制氢 电解水制氢是由浸没在电解液中的一对电极，中间插入隔离氢、氧气体的隔膜构成了电解池。通以一定电压的直流电时，水就分解成氢和氧[7]。反应方程式如下： 2H2O→2H2(g)+O2(g) (7) 这种传统的制氢方法，具有产品纯度高和操作简便的特点，但是因为在电解水制氢的生产费用构成中，成本很高，效率低，很难与以化石燃料为原料的制氢方法相竞争。各国科学家正在开