《能源》34--(2009)--1073-1090---中文翻译.docVIP

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《能源》

34(2009)1073-1090

太阳能制氢技术及其在中国的发展

L.J.Guo*,L.Zhao,D.W.Jing,Y.J.Lu,H.H.Yang,B.F.Bai,X.M.Zhang,L.J.Ma,X.M.Wu

中国西安陕西西安交通大学国家电力工程多相流国家重点实验室，710049。

文章信息：

文章历史，

2007年7月28日收到；2008年7月19

关键词，

太阳能；生物质；制氢；超临界水气化；光催化分解水。

摘要

因为人类社会和自然界可持续发展的需要，建设可再生能源系统是当今社会必须重视的重要问题之一。新的能源系统里要求有一种可再生的燃料来取代当前的能源载体。氢气是一种理想的二级能源。利用太阳能大规模生产氢，可以解决可持续发展的问题，环境排放问题，能源安全问题，成为国际社会在能源科学技术领域的新焦点。它已被众多国际制氢项目设置为重要的研究方向.中国国家科学技术部支持并建立了中国国家基础研究发展计划（973计划）-2003年太阳能制氢领域用太阳能大量制氢的基础研究。关于太阳能制氢现状的研究以及在这个项目中所取得的一些显著成果已经在这篇报告中写出。（文章）对中国太阳能制氢领域未来的发展，及研究趋向进行了简要的讨论。

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1．介绍

中国是世界上最大的能源消耗国之一。中国以消耗煤炭为主，排放了大量的CO2，导致了严重的环境污染。它使得中国在20—30年内成为世界上最大的温室气体排放源头。解决这些全球关注的问题，要增加可持续发展能源作为当前能源替代品得使用。这个结果加强了人们对可再生能源能满足将来能源需求的重要性的认识。

中国有大量的可再生能源资源。例如：中国有2/3以上的地域每年接受的日照量超过5.9GJ/m2(1639kWh/m2)每年有超过2200小时的日照时间。此外中国还有广泛的生物资源可以用来提供能源。不过，今天的可再生能源资源（除水电）的消耗量只占中国能源总消耗的一小部分。可再生能源利用的局限性在于密度低，不稳定，不连续和随时间，季节和气候变化[1,2]。

为了能够更好的利用可再生能源，氢能源已经被鉴定为作为能源载体的潜在的燃料替代品来满足未来的能源供应。氢气是一种清洁并且易于在实际中应用的能源，它能够由储量很大的水生产出来。氢气在有别的可再生能源生产而来的同时，本身也是可再生能源。当他被转换为燃料电池形式的可用能源时的副产品是无害的水蒸气。我们相信随着科学和技术的进步，在21世纪三十年代太阳能制氢在经济方面将会回与传统的能源有足够强的竞争力，并最终成为同电力同样重要的能源载体[3,4]。

在美国，日本，澳大利亚，德国和其他许多国家和地区，研究人员和政府官员已经意识到氢经济的可行性。一系列重要而又巨大的氢能源项目，例如由国际能源协会（IEA）[5]制定的“氢的生产和使用协议”，由美国[4]制定的“氢研发项目的长期计划”，由日本[6]建立的“世界能源网”等已经启动了。中国政府也十分重视氢能研发。在2003年底的中国国家基础研究发展计划（973计划）中，中国科学和技术部已展开了用太阳能大规模制氢的基础研究项目[7]。

在这次审查中对太阳能制氢在中国的研发现状进行审查，并对利用太阳能大规模制氢基础研究项目取得的一些重要成果进行了报告。也对太阳能制氢领域未来在中国的研究方向及发展趋势和作了简要讨论。

2．太阳能制氢途径

氢气可以从多种原料制的：从化石资源，如天然气，煤以及从可再生资源?

如水和生物量及投入的可再生能源资源（如阳光，风力，波浪或水电）?。目前，生产的氢通常来自化石燃料。天然气蒸汽转化是经济制氢过程之一。只有约5％的氢气是可再生资源生产的，在这篇文章中他们被称为太阳能氢。由光伏（PV）细胞或风力涡轮机推动进行的水电解是当今一项太阳能生产氢的重要技术。其他有希望的太阳能制氢技术，包括太阳能热化学，光电，和光催化制氢。生物质产品，如植物，微藻，有机废物，也是可再生资源，可用于太阳能制氢。在以下各节对个别重要的可再生氢生产技术的必威体育精装版发展进行了综述。

2.1．电解水

电解水是当前最主流的从可再生资源中制氢的技术因为它的能量转化效率高。水作为原料输入电力后被分解为氢气与氧气，如公式(1)：

总体能源对电解水的需求随着温度略有增加，然而对电能的需求却有所减少。在业内有三种类型的电解水的方法：1碱性电解，2聚合物电解质膜（PEM）电解（质子交换膜电解），和3高温电解。

碱性电解用KOH溶液（碱性）作为电解质的电解电池。它们适合于固定的应用，并且工作压力可高达25杆。碱性电解是一项成熟的技术，允许远程操作，在工业应用中已有重大的经营经验。未来开发的挑战主要是以降低成