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详解氢能源

能源、材料和信息是近代社会得以繁荣和发展的三大支柱。煤、石油、天然气是当今重

要的三大化石燃料，由于它们具有不可再生性，因此随着它们耗量的日益增加，其储量将日

益减少，而且终有一天这些资源将要枯竭，因此，目前世界各国都在大力探索一些不依赖化

石燃料的、储量丰富的新的能源，如太阳能，潮汐能、地热、氢燃料和核能等等。其中氢能

不仅具有不依赖化石燃料、储量丰富的特点，而且氢能的研究还迎合了工业化国家日趋严格

的环保政策，因而各国对氢能的研究变的日益活跃起来。氢能也被认为是最有发展前途的新

型能源。为充分了解氢能源，本文从氢能的特点、氢能的开发技术关键、氢能的应用领域、

今后氢能的发展方向四个方面进行了研究，分别作以介绍，以增进人们对新能源氢的系统认

识，为接受并使用新能源打下基础。1.氢能的特点

氢位于元素周期表之首，它的原子序数为1，在常温常压下为气态，在超低温高压下又可成

为液态。作为能源，氢有以下特点：

1.1所有元素中，氢重量最轻。在标准状态下，它的密度为0.0899g/l；在-252.7°C时，可

成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢就可变为固态氢。

1.2所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，因此在能源工

业中氢是极好的传热载体。

1.3氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75％，存储量大。除空气中

含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如

把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大

90O0倍。

1.4氢的发热值高，除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，

为142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。

1.5氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，3％－97％范围内均可燃。

而且燃点高，燃烧速度快。

1.6氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如

一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮

化氢经过适当处理也不会污染环境。

1.7氢循环使用性好，燃烧反应生成的水可用来制备氢，循环使用。

1.8氢能利用形式多，既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为

能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤和石油，不需对现有的

技术装备作重大的改造，现在的内燃机稍加改装即可使用。

1.9氢可以以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。

2.氢能开发与利用

2.1氢能开发的关键

由以上特点可以看出氢是一种理想的新型能源。目前，虽然液氢已广泛用作航天动力的燃料，

但氢能大规模的商业应用还面临着两大亟待解决的关键问题：

2.1.1廉价的制氢技术。因为氢是一种二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且

目前制氢效率很低，因此大规模的廉价的制氢技术是氢能开发的关键问题之一。

2.1.2安全可靠的贮氢和输氢方法。由于氢的扩散能力强、易气化、着火、爆炸，因此如何

妥善解决氢能的贮存和运输问题也是开发氢能的关键问题。

2.2氢能开发与利用的现状2.2.1氢能的开发

氢能否被广泛使用，制氢工艺是基础。因为水分子中氢和氧的结合非常牢固，要把它们分开，

需花费很大的力气。比方说，必须加热到摄氏二、三千摄氏度的高温，才能把水分解成氢气

和氧气。这样不仅要消耗很多的能量，而且还要有相应的耐高温、耐高压设备。为了避开这

个难点，目前实际上主要还是利用天然气、煤炭和石油产品作原料来制取氢气。（1）矿物

燃料制氢是利用化学方法将矿物中的氢元素提取出来的方法。

①煤的焦化，即将煤通过高温干馏生产焦炭，同时得到一种气体产品──炼焦煤气，从炼焦

煤气可以制得氢气。这是一种古老的生产氢的方法，而且氢只是一种副产品。②水煤气转

化。水蒸气通过炽热的煤层制得水煤气，C＋H2O======CO＋H2↑-Q

然后把水煤气跟水蒸气混合，以氧化铁等为催化剂，在500~5500C使水煤气中的一氧化碳

转化为二氧化碳，

500~5500C

CO＋H2O==========CO2+H2+Q

10000C

再把混合气体加压、水洗使二氧化碳溶于水，即分离出氢气

③从天然气、炼厂气（石油炼制厂的副产气体）、油田气等气体燃料中制取氢气。把碳氢化

合物，如甲烷（存在于天然气、炼厂气中）高温裂解，可制得炭黑和氢气，

CH4