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初中化学—未来人类的清洁能源——氢能

资源减少、能源短缺、环境污染日益严重。为了我国经

济可持续发展的战略国策，寻找洁净的新能源和可再生能源

来替代化石能源已经迫在眉睫。氢能以其热值高、无污染、

来源丰富等优点，越来越受到人们的重视，被称为21世纪

的理想能源。是人类能够从自然界获取的、储量非常丰富而

且高效的含能体能源。

国际能源界预测，21世纪人类社会将告别化石能源，进入氢

能经济时代。纵观世界能源发展战略，专家们认为，氢将在

2050年前取代石油而成为主要能源，人类将进入完全的氢经

济社会。

长期以来煤炭、石油等矿物燃料的广泛使用，已对全球环境

造成严重污染，甚至对人类自身的生存造成威胁；同时矿物

燃料是不可再生能源，也会随着过度开采而枯竭。因此，新

型替代型清洁能源的开发与应用是大势所趋，氢能作为理想

的清洁能源之一，已引起人们的广泛重视。有科学家认为，

氢能是未来能源结构中最具发展潜力的清洁能源之一，将以

其优异的使用性能在未来能源领域中扮演重要的角色。氢能

是通过氢气和氧气反应所产生的能量。氢能是氢的化学能，

氢在地球上主要以化合态的形式出现，是宇宙中分布最广泛

的物质，它构成了宇宙质量的75%。由于氢气必须从水、化

石燃料等含氢物质中制得，因此是二次能源。工业上生产氢

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的方式很多，常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及

天然气水蒸气催化转化制氢等。氢能具有以下主要优点：燃

烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精

的3．9倍，焦炭的4．5倍。燃烧的产物是水，是世界上最

干净的能源。资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上

最为丰富的资源。目前，氢能技术在美国、日本、欧盟等国

家和地区已进入系统实施阶段。

随着社会的发展，市场对氢气需求呈现两个变化，一是氢气

需求量的增加，一是制氢规模朝着多元化格局方向发展。近

年来，随着环境法规的日益严格，汽车尾气中NOx与S0x的

允许排放量逐步降低，使氢气在石油炼制方面的用量呈快速

增长态势。氢气作为一种清洁能源，是矿物能源的一种有效

补充。低温燃料电池已经步人了商业化时代，其较高的能量

转换效率引起广泛关注。这需要不含或少含COx的制氢技术。

对于汽车燃料电池来说，需要即发即止的制氢技术。制氢技

术变化是提高制氢效率、降低氢气成本的长期动力。从过去

的实践来看，可再生资源制氢技术进步还算令人满意。矿物

燃料制氢技术也取得了一些进展，但燃料不同则表明出不同

的差异。

目前，氢能做为2次能源，其用途主要有以下几个方面：液

氢作为一种高能燃料用于航天飞机、火箭及城市公共汽车

中，据报道，世界上一些发达国家在1993年就已经开发出

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以液氢为燃料的城市公共汽车；氢气作为保护气应用于电子

工业中，如在集成电路、电子管、显象管等的制备过程中，

都是用氢作为保护气的；在炼油工业中用氢气对石脑油、燃

料油、粗柴油、重油等进行加氢精制，提高产品的质量及除

去产品中的有害物质如硫、氮及重金属，还可以对不饱和烃

进行加氢精制；氢气在冶金工业中可以作为还原剂将金属氧

化物还原为金属，在金属高温加工过程中可以作为保护气；

在食品工业中，食用的色拉油就是对植物油进行加氢处理的

产物，植物油加氢处理后性能稳定、易存放，且有抵抗细菌

生长、易被人体吸收的功效；在精细有机合成工业中，氢气

也是重要的合成原料之一；在合成氨工业中氢气是重要的原

料之一；氢气还可以作为填充气在气象观测中应用。

值得着重说明的是，近l0几年发展起来的氢燃料电池可直

接应用于航天航海和陆地交通运输，氢能作为未来最有前途

的新能源地位已初见端倪。氢能是21世纪解决化石能源危

机和缓解环境污染问题的绿色能源。实现氢能的利用，氢的

储运是目前要解决的关键问题。

水和阳光可称是取之不尽的物质。从水中获得的氢作为能源

使用后又回到了水的形态，是一种完全的可持续开发和利

用。

考虑到近几年太阳能光解水制氢技术的迅猛发展和巨大突

破，有可能在未来的二三十年内就走向实用化，使太阳能光

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解水制氢产业化成为现实。该技术的应用将带来显著的经济

效益、环境效益和社会效益，并带给人类使用能源的革命性

变革。