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低碳经济与可持续发展 低碳经济与氢能源 低碳经济与氢能源 2班，黎东维，0211，中南大学 摘要：氢能是21世纪主要的新能源之一。作为一种新型的清洁能源,氢的廉价制取、安全高效储存与输送及规模应用是当今研究的重点课题，而氢的储存是氢能应用的关键。储氢材料可逆地大量吸放氢，在氢的储存与输送过程中是一种重要载体。本文综述了目前所采用或正在研究的主要储氢材料与技术，如高压气态储氢和低温液态储氢、碳基材料和高表面积吸附剂、金属氢化物、化学储氢、储氢合金等，比较了各种储氢的优缺点，并指出其相关发展趋势。 关键词：新能源；氢能；储氢 1 能源概述 能源是现代人类需求的基础。石化燃料是二十世纪能源的主要来源，电能和液体燃料是全球经济的血液。经济因相对价廉并且充足的碳基能源得到了前所未有的繁荣和发展。但化石燃料使用的增加带来了能源枯竭和环境恶化的双重问题。这直接给化石燃料带来的现代生活的繁荣造成了威胁。对这些问题的关注日益增加，替代原料的开发是当前研究的主要领域。 廉价石油能源的时代已经结束。原油价格从1974年的每桶10美金在2008年涨到了最高每桶147.25美金。人们对供给的关注和生产者为获取石油的最大利润导致了油价的动荡。 石油使用对经济的影响消费者不仅可以从油价的增加中体会到，同时也可以从环境的恶化中看出。化石燃料燃烧产生的大量污染物对地球环境的健康产生了巨大的影响。数以百亿计的化石燃料燃烧废物每年都排放到空气中，致使全球气候发生。很多人相信由于人类长期对碳基化石能源的依赖，气候变化将会是世界人口最大的威胁[1]。 曾经封锁在地下数百万年的碳，在大气中不停的增加，导致了气候的变化。碳氢化合物在氧气中的燃烧产生水和二氧化碳。根据在夏威夷莫纳罗亚山顶采集的大气样品，二氧化碳的含量从1959年的316PPM增加到2007年的384PPM[2]。二氧化碳，以及其它温室气体如甲烷和氧化亚氮，使全球气温升高。 二氧化碳是人为导致气候变化的最主要因素。根据诺贝尔奖政府间气候变化专门委员会数据，二氧化碳的年释放量从1970年到2004年间增长了约80%， 从210亿吨增长到了380亿吨[3]。在美国以煤为能源的工厂似乎是二氧化碳排放量最大的单位，每年约排放25亿吨，汽车每年的排放量约占15亿吨[4]。 除了全球气候变化，化石燃料的燃烧还会对环境产生其它负面影响。烟雾导致了二氧化硫，氮氧化物，未燃烧完全的碳氢化物，一氧化碳和其它特殊物质的浓度的增加。根据世界卫生组织，世界上每年死亡的人数中就有80万与化石燃料对空气的污染有关[5]。除了烟雾，酸雨的产生也对自然环境产生了负面影响。盲目使用化石燃料产生的环境问题使得寻找替代能源非常迫切。 1.1 能量的载体---氢气 随着对石油价格攀升和全球气候变化关注的增加，替代能源的研究备受关注。研究热点之一是现有或新能源的贮存和运输。氢作为高效的能量载体，有很好的前景。2003年，美国氢燃料计划制定了研究框架并投资12亿美金作为开发燃料电池和氢能生产，储存及运输技术的基金。氢能的使用不仅能减少对石油的依赖，也可以通过减少温室气体的排放量而对环境有益。 氢是宇宙间含量最丰富的元素，然而，大多数氢都复合在矿物、碳氢化合物和水中。氢作为能源载体犹如电池作为电的载体一样。氢气可以从很多能源里面生产得到，包括化石，核能，风能，太阳能，氢能和生物质。作为能源载体，氢气价格适宜并且燃烧没有污染物。特别适合跟可再生资源如风能和光电能搭配使用，可快速产生能量。当氢和一种可再生资源配偶时，氢可以作为能量的载体来贮存多余的可再生能源然后在需求增加或自然能源减少的时候释放出来。这样，氢可以作为各种不同形式重要能源的贮存媒介，因时因地根据需要而被使用。氢气作为人造燃料就如同汽油从石油中制取一样，目前，最廉价获得氢气的方式是从天然气中提取，虽然这种方式违背了减少化石燃料使用的宗旨。氢气还可以通过电解水及生物质的分解制得。 2 储氢概述 高性能储氢材料的发展和改进随着氢能和电动汽车的发展而显得日益重要。储氢除了在汽车上携载式的运用外，在定置型能源生产系统、氢能的生产、运输和补给上也有固定式的运用。氢能汽车的推广面临着一个关键问题，即需要加氢站来给氢燃料电池加氢。但同时如果没有足够多的燃料电池汽车投入使用，也不可能投入数十亿美金来建设一个氢能的分配网络。 除了这个问题外，最突出的问题便是如何解决可实用的携载式储氢。与汽油相比，按重量来看，氢内含的能量非常高，反应1的焓变为-286kJ/mol：H2(g)+1/2O2(g) →H2O(l) ……(1)然而，如果在常温常压下按体积比的话氢含的能量就很低，每单位体积氢所含的能量比同体积汽油含能小四倍，因此较难贮存充足的氢。为了优于传统汽车，一辆氢能汽车所携带的氢至少要能够行驶300英里[6