伟大人生
摘要
随着人口的增加、工业的迅速发展，人类对能源的需求越来越大。而氢能源作为一种清洁高效的新能源越来越引起人们的重视，人们加快了氢能源开发的脚步，使得氢能源的广泛应用逐步变为可能。当下，阻碍氢能源被广泛应用的最大瓶颈是氢气的制备、分离、储备、运输、使用、安全等。本文将就以上几个方面介绍一下氢气的相关知识，并对氢能源的应用前景做相关阐述。
关键词：氢气的制备；分离；储备；运输；使用；安全问题；应用前景
目录
一、氢的基本性质
二、氢气制备
化石燃料制氢
电解水制氢
生物质制氢
光催化制氢
三、氢分离与提纯
四、储氢方法
高压储氢
液态储氢
储氢合金和金属氢化物
无机非金属储氢材料
五、氢能源的应用
正文
一、氢的基本性质
氢原子H代表了最基本的原子结构：一个仅由一个质子构成的原子核和原子核外的一个电子，因此是原子结构研究的模型体系。氢原子的一些基本性质见下表
的同位素。D的氧化物称为重水，工业上通过富集海水中的重水来得到纯的重水，重水在核反应中能作为快中子的吸收剂，对生物体有微毒性。重水在核反应中也作为中子的减速剂，以提高核裂变反应引发的几率。
原子核中有两个中子的同位素称为氚。氚不稳定，现在主要通过中子照射Li同位素制备得到。氚的主要用途是在核聚变中，氚与氚的聚变反应可放出的能量。氚对人体有一定的伤害，但由于其半衰期短，因此危害性较小。
氢气是最简单的双原子分子，两个电子自旋相反，因此氢气呈抗磁性。无论气态、液态还是固态，氢气都是绝缘体。液态氢常用作高密度氢气存储介质，主要用于火箭推进剂燃料。液态氢需要在低温下贮藏，低温系统的故障将导致氢气的泄露，因此在液态氢气的存储和运输过程中应十分小心。
原子核聚变反应生成新的元素，同时反应中质量的改变伴随着能量的释放和吸收，氢元素的聚变反应能释放大量能量，而生成质量高于铁原子的原子核的聚变反应则吸收能量。最常见的聚变反应是氢的两种同位素之间的聚变。
聚变释放的是原子核中核子的结合能。在形成原子核时，每个核子都会受到相邻核子的短程吸引力，由于核子数较小的原子核中位于表面的核子数目较多，收到的吸引力较小，因此每个核子的结合力随原子序数的增加而增加，担当原子核直径约为4个核子时达到饱和。与此同时带正电的原子核和质子会由于库伦力二相互排斥，从而释放出大量能量。
二、氢气制备
1、煤炭制氢
煤炭制氢是以煤炭为还原剂，水蒸气为氧化剂，在高温下将炭转化为CO和H2为主的合成气。经过煤气净化、CO转化以及H2提纯等生产环节生产H2。化学反应过程为：C+H2O=CO+H2
CO+H2O=CO2+H2
煤炭制氢技术已相当成熟，已经被商品化，但是此法比较复杂，制氢成本高，制备过程中产生的CO2会造成温室效应。
2、天然气制氢
天然气制氢包括甲烷水蒸气重整，部分氧化，自热重整三步。
水蒸气重整是甲烷和水蒸气吸热转化为H2和CO。
CH4+H2O=CO+H2
反应所需热量由甲烷燃烧产生的热量来供应。发生这个过程所需温度为700-800摄氏度，产物为CO和H2，CO再通过水汽转移反应进一步转化为CO2和H2。
天然气部分氧化制氢过程就是通过甲烷和氧气的部分燃烧释放出的CO和H2。
CH4+O2=CO+H2
这个过称谓放热反应，不需要额外的供热源。
自热重整是结合水蒸气重整过程和部分氧化过程，总的反应是放热反应。自热重整过程产生的氢气需要经过净化处理，，这大大增加了制氢的成本。
3、电解水制氢
电解水时，由于纯水的电离度小，导电能力低，所以需要加入电解质，以增加溶液的导电能力，是谁能够顺利的电解成为氢气和氧气。
在电解质水溶液中通入直流电时，分解出的物质与原来的电解质完全没有关系，别分解的物质是谁，而电解质仍然留在水中。以氢氧化钾为例。
阴极 2H2O+2e=H2+2OH
阳极 2OH-2e=O2+H2O
总反应方程式 H2O=H2+O2
4、生物质制氢
（1）光合生物制氢
光合细菌产氢过程可以通过两种途径实现：通过绿藻和蓝细菌的生物光合作用、合细菌的光发酵。
蓝藻和绿藻的直接光合作用产氢过程是利用太阳能直接将水分解成氢气和氧气。
化学反应方程式为
H2O+hv=O2+H+Fd(red)（4e）= Fd(red)（4e）+H=Fd（ox）+2H2
或H2O+CO2=C6H12O6+O2
C6H12O6+H2O=H2+CO2
（2）光生物反应器
在光生物反应器中，光能被转化成生物化学能。光生物反应器区别于其他普通反应器的最基本因素为：反应器是透明的，使光最大限度透过；能源是瞬时的，不能存储在反应器中；细胞发生自身遮蔽。自身遮蔽导致额外吸收的能量发生损失，荧光和热会使温度升高，生物反应器需要附加冷却系统。反应器的厚度通常较小，从而增加反应器面积与体积比，避免细胞自我遮蔽的影响。
5、光催化制氢
半导体的电子结构是定半导体光催化剂性能的重要因素之一。半导体是由价带和导带构成的；半导体的价带和导带之间的能量差为带隙能量。当没有受到光的激发时，半导体的电子和空穴都位于半导体的价带中；当半导体受到光的激发，且光的能量大于或等于半导体的带隙能量时，价带中的电子吸收来自光子的能量，被激发到半导体的导带上，而在半导体的价带上留下带正电和的空穴。在很短的时间内，光生电子和光生空穴会在半导体体相内或表面上迅速复合，同时释放出热能和光能。迁移到催化剂表面，而没有发生复合的电子和空穴分别还原或氧化吸附在催化剂表面的反应物。在催化剂表面发生的还原反应就是光催化制氢的原理，而在催化剂表面发生的氧化反应就是光催化净化空气的原理。
三、氢分离与提纯
氢气的提纯方法可分为物理法和化学法，其中化学法包括催化钝化，物理法包括低温吸附法，金属氢化物净化法，变压吸附法，此外还有钯膜扩散法，中空纤维膜扩散法等。目前，回收氢气的工业方法有变压吸附法，膜分离法和深冷分离法等。
1、变压吸附
变压吸附是根据在常温下，吸附剂对氢气中杂质组分在两种压力下的吸附容量不同而进行气体分离的，以达到纯化氢气的目的。变压吸附法之所以能取得长足发展，是因为他与他方法相比有很多优点：原料范围广，对化肥厂为期、炼油厂石油干气、乙烯尾气等各种含氢气源；能一次性去除氢气中的多种杂质成分，简化了工艺流程；处理范围
大，启动方便；能耗小、操作费用低；吸附剂寿命长，并且对环境无污染。
2、膜分离
气体膜分离技术是利用不同气体通过某一特定膜的透过速率不同而实现物质分离的一种化工单元操作，它主要用于各种混合气体分离，其传质推动力为膜两端的分压差，分离过程无相变，因此能耗较低，分离过程容易实现；如果气源本身就有压力，分离过程的经济性更加明显。氢提纯系统就是利用了氢气通过膜的速度较快的特点实现了氢气和其他有机小分子的分离。气体分离膜按材料可以分为无机膜和有机膜；而按膜形态的不同，又分为多孔膜和致密膜。其中多孔膜可分为对称膜和不对称膜。
3、本菲尔法
该方法在碳酸钾溶液中加入二乙醇胺作为活化剂，加入五氧化二钒作为腐蚀防护剂。由于活化剂二乙醇胺的加入，使反应速率大大加快，溶液循环量相应大幅减少，投资和操作费用大大降低，同时还提高了气体的净化度。本费尔法是热钾碱工艺中应用最广泛的方法，目前用于处理各种气体的装置数量超过了700套，其中用于合成气和制氢的装置数量要占到50%。
反应原理
碳酸钾水溶液加入纯胺或氨基乙酸等活化剂后，CO2的反应历程发生了变化
R2NH+CO2=R2NCOOH
R2NCOOH=R2NCOO+H
H+CO3=HCO3
R2NCOO+H2O=R2NH+HCO3
可见，R2NH在整个反应过程中只是循环利用，没有消耗。在上述4个反应过程中，控制步骤是反应4，加入少量的烷基醇胺或氨基乙酸做活化剂，可加快反应速率，使总的CO2吸收速率大大加快。
4、深冷分离
深冷分离法又称低温精馏法，实质就是气体液化技术。通常采用机械方法，如用节流膨胀或绝热膨胀等法可得低达-210的低温；用绝热退磁法可得1K以下的低温。深冷分离法具有氢回收率高的优点，但压缩、冷却的能耗大。
四、储氢方法
1、高压储氢。氢气的压缩有两种方式，一种是直接用压缩机将氢气压缩至储氢容器所需的压力，存储在体积较大的储氢容器中；另一种方法是，先将氢气压缩至较低的压力存储起来，加注时，先将部分气体充压，然后启动增压压缩机，使储氢容器达到所需的压力。
氢气的加注与天然气加注系统的原理是一样的，但是其操作压力更高，安全性要求很高。氢气的加注可分为直接加注，单级储气、增压加注，单级储气、单级加注，多级储气、多级加注。不同的加注方式氢气的利用率不同，一般来说，相同存储压力级别时，多级充气较单级充气压力更高。此外氢气利用率还受固定容器压力、各组容器容积匹配等参数影响。
2、液态储氢
液态储氢是一种深冷的氢气存储技术。氢气经过压缩后，深冷到21K以下使之变为液氢，然后存储到特制的绝热真空容器中。液氢一般采用车辆或船舶运输，液氢生产厂至用户较远时，可以把液氢装在专用低温绝热槽罐内，放在卡车、机车、船舶或者飞机上运输。
目前液氢的主要用途是在石化、冶金等工业中作为重要原料和物料。氢作为一种高能燃料，其燃烧值最高，所以在航天领域得到重要应用。
3、储氢合金和金属氢化物
某些金属具有很强的与氢反应的能力，在一定的温度和压力下，这些金属形成的合金能够大量吸收氢气，反应生成金属氢化物，将这些金属氢化物加热或降低氢气的压力后，他们又会分解，将存储在其中的氢释放出来，这样的合金成为储氢合金。储氢合金吸收氢气后，这些氢以原子态存储在合金中，当其释放出来时，要经历扩散和化合的过程，这些过程受到热效应以及反应速度的制约，不易爆炸，安全程度高。储氢合金还有很好的可逆性等特点。
4、无机非金属储氢材料
无机非金属氢化物主要包含配位氢化物和分子型氢化物两种。与金属氢化物相比，无机非金属氢化物具有不同的电子结构与成键特性，这决定了它们不同的吸放氢性能与反应机制。在金属氢化物中，氢原子占据金属晶格的间隙，氢原子与金属原子之间主要以金属键结合。金属氢化物的吸放氢过程通常伴随着晶格的膨胀和收缩，其反应主要取决于氢气分子在金属或者合金表面的解离或者氢原子结合形成氢气分子，以及氢原子在晶格内的扩散与迁移。在配位氢化物中，氢原子通过与中心原子形成共价键。因此，配位氢化物的放氢和吸氢过程分别伴随着氢化物自身结构的分解和重构，需要组成院子的扩散与迁移，从而导致较弱的吸放氢反应性。
五、氢能源的应用
1、镍氢电池
镍氢电池是一种碱性电池，负极由储氢材料做活性物质的氢化物构成，正极为羟基氧化镍，电解质为氢氧化钾溶液。镍氢电池的电化学表达式为
（-）M/MH|KOH(6mol/L)|Ni(OH)2/NiOOH(+)
式中，M为储请合金，MH为金属氢化物。
充电过程中，Ni(OH)2被氧化为NiOOH，负极水被还原，使合金表面吸附氢，生成氢化物。放电过程则是充电过程的逆反应，即正极NiOOH还原为Ni(OH)2，负极储氢合金脱氢。镍氢电池在正常的充放电过程中，正负极发生的反应都属于固相转变机制，在反应过程中，没有金属离子进入溶液中。虽然碱性电解质中的水分子参与到了充放电过程的电极反应中，但是总的来看，在反应过程中，体系中水分子的量是保持恒定的，并不存在电解质组成的改变。因此镍氢电池可以实现完全密封，充放电过程可以看成质子在正极/溶液界面与电解质中的OH反应生成水。溶液中的质子在负极/溶液界面被还原为氢原子，并进一步扩散到储氢合金中得到金属氢化物。而在放电过程中，整个反应过程预充电过程恰好相反。
2、燃料电池
燃料电池是通过燃料与氧化剂的电化学反应，将燃料贮藏的化学能转化为电能的装置。相比较燃料直接燃烧释放的热能，电能转化不受卡诺循环的限制，转化效率更高，同时应用更加方便，对环境更为友好，因此通过燃料电池能实现对能源更为有效的利用。燃料电池是氢能利用的最重要的形式，通过燃料电池这种先进的能量转化方式，氢能源能真正成为人类社会高效清洁的能源动力。
燃料电池的负极为燃料H2，发生氧化反应，放出电子：H2=2H+2e
释放的电子通过外电路到达燃料电池的正极，使氧化剂O2发生还原反应：O2+e+H=H2O 在电池内部，电荷通过溶液中的导电离子传递，正极生成的H通过质子交换膜扩散到负极，完成电荷的循环兵在负极生成产物H2O
将这两个反应加和，得到总反应：H2+O2=H2O。即为通常的氢气氧化反应，通过燃料电池，反应的化学能以电能的形式给出。
3、氢能源汽车
氢内燃机是以氢气为燃料，将氢气存储的化学能通过燃烧的过程转化成机械能的新型内燃机。氢内燃机的基本原理与普通的汽油内燃机一样，属于气缸-活塞往复式内燃机。按点火顺序可将内燃机分为四冲程发动机和两冲程发动机。
氢作为内燃机燃料，与汽油、柴油相比，有以下优点：
（1）易燃性，氢燃料具有非常宽的可燃范围，有利于实现更加安全和更经济的燃料。
(2)低点火能量，氢气具有非常低的点火能，比一般烃类小一个数量级以上。这既有利于发动机在部分负荷下工作，又使得氢发动机可以点燃稀混合物，确保及时点火。
(3)高自燃温度，因为压缩过程温度上升与压缩比相关，自燃温度对于压缩比而言是一个非常重要的因素，氢气的自燃温度高，可使用更大的压缩比，提高内燃机效率。
(4)小熄火距离，氢气火焰的熄灭距离比汽油更短，故氢气火焰熄灭前距离汽缸壁更近，因而与汽油相比，氢气火焰更难熄灭。
参考文献
JR凡奇.能源——二十一世纪的展望
张青莲，等.稳定同位素化学
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邢丹霞，曹义鸣，徐仁贤.膜科学和技术
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徐曼珍.新型蓄电池原理与应用
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欧阳明高，张育华.内燃机工程
文章编号：1009-6825（2012）33-0209-03 生态建筑能源利用技术的探讨★ 收稿日期：2012-09-12★：江苏省科技支撑计划项目（项目编号：BE2010699）作者简介：李琪（1956-），男，硕士生导师，教授；杨卫波（1975-），男，硕士生导师，副教授 李 琪 1 杨卫波2 * （1．扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州225127；2．扬州大学能源与动力工程学院，江苏扬州225127） 摘 要：在介绍生态建筑有关概念的基础上，重点从能源利用的角度对生态建筑进行了探讨，阐述了生态建筑能源利用技术的设 计原则、能源形式、节能与生态元素、综合能源利用系统的设计原则等内容，以实现建筑的可持续性。关键词：生态建筑，能源利用，可再生能源，节能，评价中图分类号：TU201．5 文献标识码：A 0引言 伴随着社会进步及经济发展所带来的生态平衡的严重破坏，人类在满足自身发展的同时力求寻找到一种人、自然与社会和谐共生的可持续性生存环境。建筑业作为人类对自然资源、生态环境影响最大的活动之一，同样面临着可持续发展的问题，由此而引发的将可持续发展思想融入建筑设计中的生态建筑渐成为社会各界人士共同关心的一个热点。 本文拟从能源利用技术的角度对生态建筑进行探讨，以为其实际应用起到抛砖引玉之功效。 1生态建筑 生态建筑是从生态学的角度来考虑建筑设计，是生态学与建 筑学两大学科相结合的产物。生态建筑就是用生态学原理和方法，以人、建筑、自然和社会协调发展为目标，有节制地利用和改造自然，寻求最适合人类生存与发展的生态建筑环境，将建筑环 境作为一个有机的、具有结构和功能的整体系统来看待［1］。生态建筑设计的最终目标就是要实现资源的有效利用、舒适健康的生 存环境及建筑的可持续性。 2生态建筑与能源 能源是人类赖以生存与发展最重要的物质基础，而建筑能耗 是能源消费构成的重要部分， 占相当大的比重。因此，在能源如此短缺的今天，在能耗占社会总能耗比例如此之大、能源消耗带 来环境污染问题如此严重的建筑领域必须重视建筑节能技术，并大力提倡以绿色、生态及可持续性为标志的生态建筑能源利用技 术，以实现建筑、能源、环境及社会的可持续发展。能源系统设计作为生态建筑研究中的重要组成部分，其能源利用的可持续性既 是生态建筑从理论走向实践的必经之路，也是生态建筑要实现的主要目标之一。 3生态建筑中的能源利用技术3．1 生态建筑能源利用技术的层次性 生态建筑能源利用系统是在综合运用各种能源技术后形成 的一个综合能源技术集成体， 其品质的好坏在很大程度上取决于所选用的各种能源利用技术的层次性。根据复杂难易程度，可以将生态建筑能源利用技术分为以使用简单与常规技术为主的低 技术与采用最新科技与高新技术的高技术两个层次。前者属普及型的生态建筑能源技术，如各种形式的被动太阳能利用技术及地热能直接利用技术等；后者多属研发型能源技术，如以太阳能 作为能源的太阳能热泵、制冷、空调及发电技术与地源热泵等。生态建筑能源利用技术层次性的选择应根据当地的具体情况，综合考虑经济与社会效益来决定，其选择的原则是要寻求经济增长 与生态环境效益的综合平衡。 3．2生态建筑中可利用的能源形式3．2．1太阳能太阳能是目前生态建筑中应用最成熟的一种能源形式， 主要可分为被动式与主动式利用两种形式，其中前者是指不需要辅助动力及能源转换装置直接对太阳能加以利用的方式。后者主要是指需要各种动力或能源转换设备的太阳能利用系统。被动利用技术多属于成熟的低技术，但因其简单、造价低及效果明显而在当今生态建筑领域得到广泛应用。主动利用技术多属高技术形态，需要复杂的技术与设备作为支持，但其对于开发利用不能直接使用的太阳能资源及转换太阳能形式以拓宽其应用领域等方面均具有重大的意义，因此具有很好的发展前景，目前在高技术生态建筑中应用广泛。 3．2．2 地热能 地热能主要是指来自深层地壳内部的可开采的中高温可再 生热能和源自吸收太阳辐射能的温度较低的地表热能。根据是否需辅助耗能设备对能源品位进行提升或转换，地热能在生态建 筑中的应用可分为直接与间接利用两种形式， 前者主要包括利用地温恒温特性的覆土建筑、利用地下风道对室外新风进行降温加 热的地下空调、利用地下水直接进行采暖与降温的地下水空调、利用地下土壤（或岩石）进行（太阳能）季节性储能技术等；后者主要包括利用地表土壤（或水）中能量的各种形式地源热泵及利用地下深层中高温地热水（或蒸汽）的地热发电技术等。直接利用 形式多属于低技术层次， 而间接利用形式中的地源热泵技术是伴随着能源危机而在近期才出现的，属于高技术层次，正处于研究 与推广阶段。 3．2．3 风能 风能是太阳辐射造成地球各部分受热不均匀而引起各地温 差和气压不同导致空气流动而产生的能量。利用风力机械可将风能转换成电能、机械能和热能等。风能利用的主要形式有风力发电、风力提水、风力致热及风帆助航等，其中风力发电是目前应用最广泛、近年来发展最快的新能源和可再生能源利用形式，许多国家都制定了相应的发展规划与激励政策。风能在建筑能源中的应用是有待进一步研究的建筑节能技术。 除了风能发电外，如何将风能转换成热能并用于建筑物采暖与降温等是一项崭新的生态建筑能源利用技术的研究课题，有许多难题有待于解决。 3．2．4生物质能 生物质能是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能 · 902·第38卷第33期2012年11月 山西 建筑 SHANXI ARCHITECTURE Vol．38No．33Nov．2012
储氢材料的储氢原理与研究现状 氢能，即氢气中所含有的能量。具有环境友好、资源丰富、热值高、燃烧性能好、潜在经济效益高等特点。目前，能源危机和环境危机日益严重。许多国家都在加紧部署、实施氢能战略，如美国对运输机械的“FreedomCAR”计划和针对规模制氢的“FutureGen”计划，日本的“NewSunshine”计划及“We-NET”系统，欧洲的“Framework”计划中关于氢能科技的投人也呈现指数上升趋势。但是，氢能的使用至今未能商业化，主要的制约因素就是存储问题难以解决。因此，氢能的利用和研究成为是当今科学研究的热点之一。而寻找性能优越、安全性高、价格低廉、环保的储氢材料则成为氢能研究的关键。 目前，氢可以以高压气态液态、金属氢化物、有机氢化物和物理化学吸附等形式储存。高压气态液态储氢发展的历史较早，是比较传统而成熟的方法，无需任何材料做载体，只需耐压或绝热的容器就行，但是储氢效率很低，加压到15MPa时质量储氢密度不超过3%。而且存在很大的安全隐患，成本也很高。 金属氢化物储氢开始于1967年，Reilly等报道Mg2Cu能大量储存氢气，接着1970年菲利浦公司报道LaNi5在室温下能可逆吸储与释放氢气，到1984年Willims制出镍氢化物电池，掀起稀土基储氢材料的开发热潮。金属氢化物储氢的原理是氢原子进入金属价键结构形成氢化物。有稀土镧镍、钛铁合金、镁系合金、钒、铌、锆等多元素系合金。具体有NaH-Al-Ti、Li3N-LiNH2、MgB2-LiH、MgH2-Cr2O3及Ni(Cu,Rh)-Cr-FeOx等物质，质量储氢密度为2%-5%。金属氢化物储氢具有高体积储氢密度和高安全性等优点。在较低的压力(1×106Pa)下具有较高的储氢能力,可达到100kg/m3以上。最近，中科院大连化学物理研究所陈萍团队发现Mg(NH2)／2LiH储氢体系可在110℃条件下实现约5%(质量分数)氢的可逆充放。但是，金属氢化物储氢最大的缺点是金属密度很大，导致氢的质量百分含量很低，一般只有2%-5%，而且释放氢时需要吸热，储氢成本偏高。 目前大量的储氢研究是基于物理化学吸附的储氢方法。物理吸附是基于吸附剂的表面力场作用，根源于气体分子和固体表面原子电荷分布的共振波动，维系吸附的作用力是范德华力。吸附储氢的材料有碳质材料、金属有机骨架(MOFs)材料和沸石咪唑酯骨架结构(ZIFs)材料、微孔/介孔沸石分子筛等矿物储氢材料。 碳质储氢材料主要是高比表面积活性炭、石墨纳米纤维(GNF)和碳纳米管(CNT)，是最好的吸附剂，它对少数的气体杂质不敏感，且可反复使用。超级活性炭在94K、6MPa下储氢量
氢的制取途径 1、电解水制氢 水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此 只要提供一定形式一定能量，则可使水分解。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75-85％，其工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。利用电网峰谷差电解水制氢，作为一种贮能手段也具有特点。我国水力资源丰富，利用水电发电，电解水制氢有其发展前景。太阳能取之不尽，其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统，国外已进行实验性研究。随着太阳电池转换能量效率的提高，成本的降低及使用寿命的延长，其用于制氢的前景不可估量。同时，太阳能、风能及海洋能等也可通过电制得氢气并用氢作为中间载能体来调节，贮存转化能量，使得对用户的能量供应更为灵活方便。供电系统在低谷时富余电能也可用于电解水制氢，达到储能的目的。我国各种规模的水电解制氢装置数以百计，但均为小型电解制氢设备，其目的均为制提氢气作料而非作为能源。随着氢能应用的逐步扩大，水电解制氢方法必将得到发展。 2、矿物燃料制氢 以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制取氢气是主要的方法。该方法在我国都具有成熟的工艺，并建 有工业生产装置。 （1）煤为原料制取氢气 在我国能源结构中，在今后相当长一段时间内，煤炭还将是主要能源。如何提高煤的利用效率及减少对环境 的污染是需不断研究的课题，将煤炭转化为氢是其途径之一。 以煤为原料制取含氢气体的方法主要有两种：一是煤的焦化（或称高温干馏），二是煤的气化。焦化是指煤 在隔绝空气条件下，在90－1000℃制取焦碳副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组成中含氢气55-60％（体积）甲烷23-27％、一氧化碳6-8％等。每吨煤可得煤气300－350m3，可作为城市煤气，亦是制取氢气的原料。煤的气化是指煤在高温常压或加压下，与气化剂反应转化成气体产物。气化剂为水蒸汽或氧所（空气），气体产物中含有氢有等组份，其含量随不同气化方法而异。我国有大批中小型合成氢厂，均以煤为原料，气化后制得含氢煤气作为合成氨的原料。这是一种具有我国特点的取得氢源方法。采用OGI固定床式气化炉，可间歇操作生产制得水煤气。该装置投资小，操作容易，其气体产物组成主要是氢及一氧化碳，其中氢气可达60％以上，经转化后可制得纯氢。采用煤气化制氢方法，其设备费占投资主要部分。煤地下气化方法近数十年已为人们所重视。地下气化技术具有煤资源利用率高及减少或避免地表环境破坏等优点。中国矿业大学余力等开发并完善了"长通道、大断面、两阶段地下煤气化"生产水煤气的新工艺，煤气中氢气含量达50％以上，在唐山刘庄已进行工业性试运转，可日产水煤气5万m3，如再经转化及变压吸附法提纯可制得廉价氢气，该法在我国具有一定开发前景．我国对煤制氢技术的掌握已有良好的基础，特别是大批中小型合成氨厂的制氢装置遍布各地，为今后提供氢源创造了条件。我国自行开发的地下煤气化制水煤气获得廉价氢气的工艺已取得阶段成果，具有开发前景，值得重视。 （2）以天然气或轻质油为原料制取氢气 该法是在催化剂存在下与水蒸汽反应转化制得氢气。主要发生下述反应： CH4＋H2O→CO＋H2 CO＋H2O→COZ＋HZ CnH2h＋2＋Nh2O→nCO＋（Zh＋l）HZ 反应在800-820℃下进行。从上述反应可知，也有部分氢气来自水蒸汽。用该法制得的气体组成中，氢气含量 可达74％（体积），其生产成本主要取决于原料价格，我国轻质油价格高，制气成本贵，采用受到限制。大多数大型合成氨合成甲醇工厂均采用天然气为原料，催化水蒸汽转化制氢的工艺。我国在该领域进行了大量有成效的研究工作，并建有大批工业生产装置。我国曾开发采用间歇式天然气蒸汽转化制氢工艺，制取小型合成氨厂的原料，这种方法不必用采高温合金转化炉，装置投资成本低。以石油及天然气为原料制氢的工艺已十分成熟，但因受原料的限制目前主要用于制取化工原料。 （3）以重油为原料部分氧化法制取氢气 重油原料包括有常压、减压渣油及石油深度加工后的燃料油，重油与水蒸汽及氧气反应制得含氢气体产物。 部分重油燃烧提供转化吸热反应所需热量及一定的反应温度。该法生产的氢气产物成本中，原料费约占三分之一，而重油价格较低，故为人们重视。我国建有大型重油部分氧化法制氢装置，用于制取合成氢的原料。 3、生物质制氢 生物质资源丰富，是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物制氢。 （1）生物质气化制氢
《新能源专题讲座》课程论文 题目氢能源的开发与应用 专业新能源科学与工程 姓名 学号 日期2016.01.05 摘要随着化石燃料等不可再生资源的日益紧缺和环境污染日益加重，人们迫切需要寻找替代能源。氢能作为可持续、清洁的能源而被广泛研究，是未来人类的理想能源之一，对整个世界经济的可持续发展具有重要的战略意义。本文总结了氢能源的生产现状和未来的发展趋势，详述了氢能源制备和存储所面临的问题，提出了关于氢能源未来发展趋势的一些见解。 关键词氢能源生物制氢储氢材料氢气利用
一、氢能源简介 氢能是人类能够从自然界获取的储量最丰富且高效的能源，作为能源，氢能具有无可比拟的潜在开发价值。 (1)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％，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。 (2)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，达142.35lkJ/kg，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； (3)所有元素中，氢重量最轻。在标准状态下，它的密度为0.0899g/L；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； (4)氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快； (5)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，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用； (6)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； (7)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。 二、氢能源的制备 2.1 从含烃的化石燃料中制氢 这是过去以及现在采用最多的方法，它是以煤、石油或天然气等化石燃料作原料来制取氢气。自从天然气大规模开采后，传统制氢的工业中有96％都是以
氢能源的开发和利用 菜大兴 （中南大学化学化工学院湖南长沙410083） 摘要：随着化石燃料等不可再生资源的日益紧缺和环境污染日益加重，人们迫切需要寻找替代能源。氢能作为可持续、清洁的能源而被广泛研究，是未来人类的理想能源之一，对整个世界经济的可持续发展具有重要的战略意义。本文主要述评了氢能制备、氢能储运、氢能利用在国际和国内的最新研究动态，并对氢能未来开发利用前景进行了展望。 关键词：氢能源、氢能制备、储氢技术、氢能利用 0 引言 能源是现代社会人类生活、生产中必不可缺的东西。随着社会经济的发展，人们对能源的需求越来越高。然而在能源开发及利用的研究中，人们发现有的能源与一般传统的矿物能源不同，如太阳能、风能、潮汐熊等再生性能源。氢能作为一种储量丰富、来源广泛、能量密度高、清洁的绿色能源及能源载体，被认为是连接化石能源向可再生能源过渡的主要桥梁[1]。 作为能源，氢能具有无可比拟的潜在开发价值。氢是自然界最普遍存在的元素，它主要以化合物的形态储存于水中，而水是地球上最广泛的物质；除核燃料外，氢的发热值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高；氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快；氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁。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。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，在能源工业中氢是极好的传热载体。所以，研究利用氢能已成为国内外学者研究的热点[2]。 1 氢能制备方法 1.1 矿物燃料制氢 在传统的制氢工业中，矿物燃料制氢是采用最多的方法，并已有成熟的技术及工业装置。
可再生能源利用技术发展趋势 一、太阳能开发利用 1、太阳能光热利用 ⑴、太阳能热水器依然是太阳能低温热利用的主流，已经进入大规模、商业化的利用阶段。但在技术方面不断创新，在生产技术和工艺上不断改进。 热水器种类主要有： ①金属平板太阳热水器、热管式平板太阳热水器； ②真空管太阳热水器、真空管太阳热管热水器，真空管闷晒太阳热水器； ③太阳能热泵热水器，混合热源热泵热水器； ④四季型太阳热水器，带有辅助热源的四季型太阳热水器。在技术方面主要从热水器结构、材料、生产工艺和隔热方式等进行改进和创新。 ⑵、与建筑结合的太阳能利用技术，为太阳能建筑供热水、采暖、空气调节、制冷以及供电，解决建筑的部分或全部能耗，是今后太阳能利用的主要方向。 ①太阳能集热建筑模块； ②太阳能集热模块与建筑的接口技术； ③太阳能低温长期储热技术与储热介质的研究； ④太阳能热交换技术与热交换设备的研究； ⑤新型太阳能建筑保温技术与保温材料的研究； ⑥太阳能建筑照明和光伏并网技术的研究； ⑦太阳能建筑空调技术与制冷设备的开发。 ⑧太阳能建筑供能系统自动监控、能耗计量和节能管理的开发； ⑨太阳能建筑标准和规范的研究； ⑩太阳能建筑标准构件图集。 ⑶太阳热发电是将太阳辐射能聚集起来加热工质，经热交换器产生过热蒸汽，再由蒸汽驱动汽轮机带动发电机发电，其原理与普通热电站相同，主要区别在于用太阳辐射的热能来替代化石燃料燃烧产生的热能。太阳能热发电是21世纪最具革命性的技术成果，是实现大规模可再生能源发电、替代常规能源发电最经济的手段之一。太阳能热发电技术经过30多年的研究、示范，主要关键技术有了突破性的发展。预计到2010年，我国的太阳能热发电成本可降到0.6元／kWh，2015年，发电成本降至0.38元／kWh，可逐步替代煤电，实现我国多元化的电力结
氢能的开发与利用 谈起氢能源，人们便会想起它的清洁高效无污染，但是目前氢昂贵的制备价格、严苛的存贮条件以及其应用的技术水平却不得不令人望而却步。确实，从全球化角度来看，我们最终将依赖于太阳能、风能、水力能、生物质能、氢能等清洁能源的开发和利用，这是不可避免的趋势，下面我们从几个角度谈谈氢能开发利用的背景以及制备方法。 氢能的开发是应时而生的，随着传统能源的逐渐开发殆尽，世界对能源的需求却呈指数级增长，这是一个迫在眉睫的问题，也直接促进了人们对氢能等清洁能源的关注。据专家预测，地球上储藏的可开发利用的煤和石油等化石能源将分别在130年和90~120年以内耗竭，而天然气按储采比也只能用130年，因此，寻求开发新型能源技术被提上了议事日程。就在此时，氢能以它的低密度、高放热效率、无污染的优良特性吸引了人们的眼球，一门新兴的学研方向也随之而生。 目前制氢技术从整体上说还是挺多的，但大多经济效益或环保效益不高，所以找到低能耗低污染的制氢方法将成为氢能否被广泛应用的瓶颈。较传统的有：从含烃的化石燃料中制氢、电解水制氢等，新型的制氢方法有：生物制氢、太阳能制氢、核电解制氢等。以煤、石油或天然气等化石能源为原料来制取氢气，是过去及现在采用最多的方法，基本反应过程为：C +H2O→CO +H2，自从天然气大规模开采后，传统制氢工业中有96%都是以天然气为原料。而天然气和煤都是宝贵的燃料和化工原料，储量有限，且制氢过程中会对环境造成污染，用
它们来制氢显然摆脱不了人们对常规能源的依赖和对自然环境的破坏。第二种虽然污染很小，但浪费电能太多，因此利用常规能源生产的电能来进行大规模电解水制氢显然也因小失大。生物制氢从整体上说要好一点，但规模难以扩大。其实早在1942年，科学家们就发现了一些藻类的完整细胞可以利用太阳能产生氢气流，7年之后，又有科学家通过实验证明某些具有光合作用的藻类也能产生氢能，此后对微生物制氢的研究可谓突飞猛进，逐渐形成多种制氢方法，如：纯微生物制氢、混合微生物制氢、生物转化制氢、生物质气化等等五花八门的制备方法，总体效果还算差强人意，只可惜规模不大，难以工业化生产。太阳能制氢是近几年才提出的新型方法，具体原理可能是水在高温下可以自然分解这一重大发现，也有可能联合其他方式如先发电再电解或加上催化剂分解水等，理论上看，太阳能将最有可能成为制氢的主力军。而核能源制氢呢，则在目前看来最有发展前景，因为核能利用已有一段时间也积累丰富的经验，将发的电用来制氢也看不出明显的污染浪费现象，所以个人认为在不久的将来我们很有可能会用上安全舒适的氢能源。 总结，虽然节约能源的思想非常重要且必须长期存在，但人类的生存发展将不可避免地依赖于新型能源的开发和利用，因此，氢能作为清洁环保高效绿色等集万千宠爱于一身的新型能源必将在不久的将来大有用武之地。正如毛宗强教授所说，人类进入21世纪，从发展趋势看，未来经济一定是一种节能型经济和清洁型经济。而几乎同时具备以上两个条件的氢能自然也就有它无可估量的未来！
我国发展氢能源的优劣势分析 一、氢能源简介： 氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。随着石化燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点： l、重量最轻的元素。标准状态下，密度为 0.8999g/l，－252.7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢可变为金属氢。 2、导热性最好的气体，比大多数气体的导热系数高出10倍。 3、自然界存在最普遍的元素。据估计它构成了宇宙质量的 75％，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9000倍。 4、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。 5、燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。 6、无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁滁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，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。产物水无腐蚀性，对设备无损。 7、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。 8、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。 9、可以取消远距离高压输电，代以远近距离管道输氢，安全性相对提高，能源无效损耗减小。 10、氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利用率高。 11、氢可以减轻燃料自重，可以增加运载工具有效载荷，这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益 优于其他能源。 二、我国发展氢能源的必要性： 石油、煤炭、天然气燃烧产物是二氧化碳，是温室气体，造成地球温度逐年升高。专业机构的最新研究结果表明全球气候变暖已导致非洲乞力马扎罗山的山顶冰盖消融80％，如这一趋势得不到遏制，100年后山顶冰雪将完全消失。德国汉诺威大学的植物研究所科学家瓦尔特指出，尽管目前全球气温仅上升0.6℃，但对生态造成的影响已经明显危机到动物和植物的生存，现在，春天的来临及许多植林的生长期正在提前，较长时间后动物食物链可能发生混乱。同时，化石燃料中有杂质，特别是疏、氮、磷、砷等，燃烧产物酸性，造成大气污染和酸雨。酸雨不仅伤害农作物和蔬菜的叶片，而且能够降低农作物和蔬菜种子的发芽率，降低大豆蛋白质含量。阔叶林和针叶林的冠层在酸雨作用下，钙、镁等离子在冠层雨溶液中富集，造成叶子中营养离子的大量淋失，进而加速根部营养的吸收和迁移，重新吸收的营养离子也会从植物体大量析出；如此循环，就会造成营养亏缺，直接影响森林生长，威胁森林生态系统内的物质循环，而且这个过程随酸雨的强度增加而增加。酸雨还造成土壤中铝的大量释放和镁等有毒金属元素的沉降和积累，对树木形成毒害，同时，直接影响和危害土壤表层，干扰微生物正常生化活性，森林枯枝落叶的分解和物质再循环受到破坏；降低土壤的AO和A1层的PH值，使适中偏碱性菌类活动受到遏止,N元素的同化和固定减少，土壤肥力下降。同时，酸雨使湖泊酸化，将土壤中的活性铝冲洗到河流、湖泊中，毒害鱼类，改变整个水体生态系统，使水体中的生物种类和数量大大减少，而且还导致温室效应的加剧，刺激皮肤，引起哮喘等多种呼吸道疾病。我国的能源结构以煤为
新能源及可再生能源概念股： 太阳能 天威保变(600550) 形成太阳能原材料、电池组件的全产业布局 小天鹅(000418) 大股东参股无锡尚德太阳能电力 岷江水电(600131) 参股西藏华冠科技涉足太阳能产业 生益科技(600183) 控股的东海硅微粉公司是国内最大硅微粉生产企业 维科精华(600152) 成立的宁波维科能源公司专业生产各种动力、太阳能电池 安泰科技(000969) 与德国ODERSUN公司合作薄膜太阳能电池产业' 长城电工(600192) 参股长城绿阳太阳能公司涉足太阳能领域股参网， 乐山电力(600644) 参股四川新光硅业主要生产多晶硅太阳能硅片 华东科技(000727) 国内最大的太阳能真空集热管生产商 春兰股份(600854) 大股东计划投资30亿开发新能源 威远生化(600803) 实际控股股东新奥集团从事太阳能等新能源产品生产 力诺太阳(600885) 太阳能热水器的原材料供应商 西藏药业(600211) 发起股东之一为西藏科光太阳能工程技术公司 新华光(600184) 太阳能特种光玻基板股参网 特变电工(600089) 控股的新疆新能源从事太阳能光伏组件制造 航天机电(600151) 控股的上海太阳能科技电池组件产能迅速提升 南玻A(000012) 05年10月拟首期2亿元建设年产能30兆瓦太阳能光伏电池生产线。 新南洋(600661)(600661) 控股的交大泰阳从事太阳能电池组件生产
杉杉股份(600884) 参股尤利卡太阳能，掌握单晶硅太阳能硅片核心技术 王府井(600859) 全资子公司深圳王府井(600859)联合了中国最大的太阳能专业研究开发机构--北京太阳能研究所成立了北京桑普光电技术公司 风帆股份(600482) 投巨资参与太阳能电池组件生产， 金山股份(600396) 风力发电，风力发电设备安装及技术服务 湘电股份(600416) 控股股东与德国莱茨鼓风机有限公司签订了合资生产离心风机协议，目前风电资产主要在控股股东中 粤电力(000539) 风力发电 特变电工(600089)(600089) 与沈阳工业大学等设立特变电工(600089)沈阳工大风能有限公司 京能热电(600578) 为国华能源第二大股东，间接参与风能建设 东方电机(600875) 风电设备制造 金风科技(002202) 风电设备制造 乙醇汽油 丰原生化(000930) 是安徽省唯一一家燃料乙醇供应单位 华润生化(600893) 控股股东华润集团控股吉林燃料乙醇和黑龙江华润酒精二大定点企业 *ST甘化(000576) 利用甘蔗、玉M(资讯,行情)(资讯,行情)(资讯,行情)等可再生性糖料资源生产燃油精，成为汽油代替品 华资实业(600191) 利用可再生性糖料资源生产燃油精，成为纯车用汽油代替品 荣华实业(600311) 赖氨酸(豆粕(资讯,行情)(资讯,行情)(资讯,行情)的替代品)新增产能最大的企业之一 华冠科技(600371) 在国内率先拥有了玉M深加工多项最新技术的所有权或使用权 氢能 同济科技(600846) 公司与中科院上海有机化学研究所、上海神力科技合资组建中科同力化工材料有限公司开发燃料电池电动车。 中炬高新(600872) 子公司中炬森莱生产动力电池 春兰股份(600854) 春兰集团研发20-100AH系列的大容量动力型高能镍氢电池 力元新材(600478) 主要生产泡沫镍
一、前言 随着社会的发展，环境保护问题已经越来越为人们所重视。酸雨、温室效应、城市热岛效应等等 或初露倪端，或已对人类造成巨大的危害，这些环保问题的产生在很大程度上与人类大量使用化石能 源有关。同时，由于能源消耗量的迅猛增加，化石能源将不能满足经济高速发展的需求，需要开发新 的能源。在我国开发清洁的新能源体系更具有重要意义。 氢可以地球上近于无限的水为原料来制备，其燃烧产物也是水，具有零污染的优点，有望在石油中国论文联盟https://www.doczj.com/doc/9f3920083.html, 时代末期成为一种主要的二次能源。氢能技术的发展，已在航天技术中得到了成功的应用。 氢是一种危险，易燃易爆的气体，在使用中必须保证安全，因此，一种安全、高能量密度（包括体积能量密度和重量能量密度）、低成本、使用寿命长的氢储、输技术的应用需求已越来越迫切。 二、目前主要的储氢方式 近年来研究较多的储氢方式有：（1）金属氢化物储氢；（2）液化储氢；（3）吸附储氢；（4）压缩储氢。 2．1金属氢化物储氢 氢和氢化金属之间可以进行可逆反应，当外界有热量加给氢化物时，它就分解为氢化金属并释放 出氢气。用来储氢的金属大多是由多种元素构成的合金，目前世界上研究成功的合金大致分为：（1）稀土镧镍，每公斤镧镍合金可储氢153L；（2）铁钛合金，储氢量大，价格低月在常温常压下释放氢；（3）镁系合金，是吸氢量最大的元素，但需要在287℃条件下才能释放氢，而且吸收氢十分缓慢；（4）钒、铌、铅等多元素系，这些金属本身是稀贵金属，因此只适用于某 些特殊场合。 与其它储氢方式相比，金属氢化物储氢具有压力平稳，充氢简单、方便、安全等优点，单位体积贮氢的密度，是相同温度、压力条件下气态氢的1000倍。该储氢方式存在的问题为在大规模应用中如 何提高储氢材料的储氢量和降低材料成本，节约贵重金属。国际能源机构确定的未来新型储素材料的标准为储氢量应大于5Wt％，并且能在温和条件下吸放氢。根据这一标准，目前的储氢合金大多尚不能满足这一性能要求。 2.2液化储氢 将氢气冷却到-253℃时氢气即可液化。液氢储存方式的质量能量密度最大，是一种轻巧紧凑的方式。但氢气液化成本高，能量损失大（氢液化所需能量为液化氢燃烧产热额的30％），且存在蒸发损 失。液氢贮存工艺首先用于宇航中，但需要极好的绝热装置来隔热，才能防止液态氢不会沸腾汽化， 导致液体贮存箱非常庞大。 2.3吸附储氢 C.CarPetis和W.Peschka是首先提出在低温条件下氢气能够在活性炭中吸附储存的两位学者。他们提出可以考虑将低温吸附刘运用到大型氢气储存中，并研究得到了在温度为-195℃和-208℃，压力为0－4．15MPa时，氢在多种活性炭上的吸附等温线：压力为4．2MPa 时，氢气在活性炭上的吸附容量分别可以达到 6．8wt％和 8．2wt％在果等温膨胀到0．2MPa，则吸附容量为4．2wt％和5．2wt％。 在一个最近的研究中，Hynek在27℃和-83℃条件下测试了一系列吸附剂，如活性炭、碳黑、碳气凝胶 以及碳分子筛等。测试结果为：在0－20MPa压力范围内，随着压力的增大，吸附剂的储氢量只有少 量的增加。 目前吸附储氢材料研究的热点是碳纳米材料。由于碳纳米材料中独特的晶格排列结构，其储氢数量大大的高过了传统的吸附储氢材料。碳纳米管产生一些带有斜口形状的层板，层
氢能源制造技术 氢能源可以由各种化石燃料制得，如石油、天然气和煤。当前在氢的应用中包括氢化处理和氢化裂解，它们在精炼厂中进行处理，以实现对原油的提炼。在化学工业中，氢可以用来制造各种各样的化合物，如氨和甲醇，以及用在冶金处理中。制氢技术包括天然气的蒸发重整、碳氢化合物部分氧化和煤气化等。不过，这些技术均无助于减少对化石燃料的依赖。 水电解是一种成熟的制氢技术，它效率高，但需要用到大量的电力。不过，通过使用太阳能来产生电解氢所需的电，该问题就可以得到解决。此项技术已经足够成熟，可以用于大规模发电和制氢。其他的制氢方案包括非高峰期的水电、核电制氢、直接热分解制氢、热解制氢、热化学循环制氢和光解制氢等。当中的许多技术正处于不同的开发阶段，少数方法已遭废弃。 1、蒸汽重整制氢 最廉价的大规模制氢方法是通过对化石燃料的蒸汽重整，目前的方法使用镍催化剂。依照以下反应式，甲烷首先与水蒸气发生反应，产生一氧化碳和氧气，一氧化碳穿过催化剂，然后与水蒸气发生反应，产生二氧化碳和氢气。
天然气是最廉价的蒸汽重整制氢原料，但其成本仍要比从原油制造汽油的成本高2~3倍。目前，正在开展了一系列工作来研究解决如何提高蒸汽重整的效率和降低制氢成本。 2、部分氧化制氢 另一种制氢方法是部分氧化。该方法涉及膜与氧的反应，产生氢气和一氧化碳，其转换效率要比蒸汽重整的低，这就是为什么蒸汽重整仍处于商业制氢的主导地位的原因。 3、煤气化制氢 煤气化是最古老的制氢方法之一。在天然气变得可用之前，它用于制造“城镇煤气”。煤加热至气态，然后在催化剂的作用下与蒸汽混合，产生合成气体，对该气体进行处理，以提取氢气和其他化学物质或者燃烧发电。当前煤气化研发关注的主要问题是如何减少污染物，如氮和硫的氧化物、汞和一氧化碳。 4、生物材料制氢 通过高温分解和气化处理，氢可以从许多类型的生物材料制得，如农作物和动物的残害，这些物质可以产生碳含量很高的合成气体。使用生物材料而非化石燃料不会产生任何二氧化碳排放。遗憾的是，生物材料制氢的成本比从化石燃料制氢的成本要高得多。从生物材料制氢的生物学处理过程包括发酵、厌氧消化和代谢处理技术等，但这些都根本无法与传统的制氢技术相匹敌。
随着氢燃料电池汽车的推广，氢气市场需求递增，加氢站建设驶入快车道。截至2020 年2 月，我国加氢站共有66座。国家要在2年内对氢能立法，这是迄今为止氢燃料电池行业的最大利好，氢能源行业风口将至。此外，根据国家规划，规划2020/2025/2030年分别建成100/300/1500座，十年间年复合增速达31.1%。到2050年加氢站数量将达10000座，行业产值达12万亿元。 广东上海加氢站建设领先 截至2020 年 2 月，我国加氢站共有66座，仍有较大上升空间。广东省以17座的数量排在首位，其次是上海市，拥有10座加氢站。 固定式加氢站逐渐增多 能源综合站、站内制氢加氢站是2019年的新基调，加氢站类型逐渐由内部示范运营站向能服务于未来商业化运营的商业加氢站转变，加氢站类型将多元化。目前，国内固定式加氢站数量正在逐渐增加，其比例已从2019年上半年的占比59%已上升至2019年年底的63%。另外，站内制氢油氢合建也将成未来潜力“明星”
加氢站类型，更加符合用户体验的固定站数量也将逐渐增多，超高压储氢和液氢加氢站将助力未来商业化运营。 氢气市场需求递增加氢站建设驶入快车道 整体而言，中国氢能市场发展初期(2020-2025年左右)，氢气年均需求约2200万吨;氢能市场发展中期(2030年左右)，氢气年均需求约3500万吨;氢能市场发展远期(2050年左右)，氢气年均需求约6000万吨。
政策重大利好 在《中国制造2025》、《节能与新能源汽车技术路线图》、《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书(2016)》中提出了2020-2030年加氢站建设的规划。进入2019年，广东、山西等10个省份将发展氢能写入政府工作报告，山东、河北浙江等省份陆续发布本地氢能产业发展规划。2020年3月发改委、司法部印发《关于加快建立绿色生产和消费法规政策体系的意见》，要在2年内对氢能立法，氢能源行业将迎来前所未有的发展机遇。 氢能将成为中国能源体系的重要组成部分。预计到2050年氢能在中国能源体系中的占比约为10%，氢气需求量接近6000万吨，年经济产值超过10万亿元。全国加氢站达到10.000座以上，交通运输、工业等领域将实现氢能普及应用，燃料电池车产量达到520万辆/年，固定式发电装置2万台套/年，燃料电池系统产能550万台套/年。
智慧树知到可再生能源与低碳社会答案 绪论单元测试第一章单元测试第二章单元测试第三章单元测试 名称可再生能源与低碳社会对应章节绪论成绩类型分数制截止时间2018-08-15 23:59 题目数1 总分数100 说明:评语: 提示：选择题选项顺序为随机排列，若要核对答案，请以选项内容为准100
更多答案就在徽信公丛呺【校园柠檬】获取 第四章单元测试 名称可再生能源与低碳社会对应章节第四章成绩类型分数制截止时间2018-08-15 23:59 题目数5 总分数100 说明:评语: 提示：选择题选项顺序为随机排列，若要核对答案，请以选项内容为准100 第1部分总题数:5 1 【单选题】(20分) 加快转变经济发展方式的重要着力点是 A. 建设资源节约型、环境友好型社会 B. 建设资源节约型、能源创新型社会 C. 建设科技开发型、能源创新型社会 D. 建设科技开发型、环境友好型社会
查看答案解析 本题总得分：20分 2 【单选题】(20分) 在我国的能源消费结构中，消费比例最大的能源是 A. 天然气 B. 煤炭 C. 石油 D. 水电 正确 查看答案解析 本题总得分：20分 3 【单选题】(20分) 从终端用能角度看，能源消费最大的三个部门是 A. 交通、工业和农业 B. 交通、农业和建筑 C. 工业、交通和建筑 D. 工业、农业和建筑 正确 查看答案解析 本题总得分：20分 4 【多选题】(20分) 《中国应对气候变化国家方案》提出的我国应对气候变化的指导思想是 A. 以保障经济发展为核心 B. 以控制温室气体排放，增强可持续发展能力为目标 C. 坚持节约资源和保护环境的基本国策 D. 全面贯彻落实科学发展观，推动和谐社会建设
目录 摘要 (2) 第一章对能源的认识 (3) 1.1能源的定义 (3) 1.2能源的源头 (3) 1.3能源的种类 (4) 第二章新能源的发展趋势 (5) 2.1 多元化 (5) 2.2 清洁化 (5) 2.3 高效化 (5) 2.4 全球化 (6) 2.5 市场化 (6) 第三章启示与建议 (7)
摘要 我们人类生存与发展中最具有决定性意义的要素是三个：物质、能量和信息。组成我们的世界是物质；人类生存活动决定于对信息的认知和反应；而维持生命，从事发展的活动又地要通过消耗能量来进行。一切能量来自能源，人类离不开能源。能源是人类生存、生活与发展的主要基础。能源科学与技术，能源利用的发展在人类社会进步中一直扮演着及其重要的角色。 能源发展的里程碑可以这么说，每一次能源利用的里程碑式发展，都伴随着人类生存与社会进步的巨大飞跃。几千年来，在人类的能源利用史上，大致经历了这样四个里程碑式的发展阶段：原始社会火的使用，先祖们在火的照耀下迎来了文明社会的曙光；18世纪蒸汽机的发明与利用，大大提高了生产力，导致了欧洲的工业革命；19世纪电能的使用，极促进了社会经济的发展，改变了人类生活的面貌；20世纪以核能为代表的新能源的利用，使人类进入原子的微观世界，开始利用原子部的能量。 未来对能源的要求有足够满足人类生存和发展所需要的储量，并且不会造成影响人类生存的环境污染问题。未来对能源的需求未来的人类社会依然要依赖于能源，依赖于能源的可持续发展。因此，我们须现在就很清楚地了解地球上的能源结构和储量，发展必须开发的能源利用技术，才能使人类的生存得于永久维持。而我们赖于生存的能源是取之不尽用之不完的吗？回答是：不是，也是。事实上，进入21世纪后，人类目前技术可开发的能源资源已将面临严重不足的危机，当今煤、石油和天然气等矿石燃料资源日益枯竭，甚至不能维持几十年。因此，必须寻找可持续的替代能源。而近半世纪的核能和平利用，已使核能已成为新能源家属中迄今为止能替代有限矿石燃料的唯一现实的大规模能源。而且，未来如能实现核能的彻底利用，人类的能源将是无穷的。 除了物质、能量和信息三大因素外，人类对安全的要求也越来越重要了。安全包括社会安全、健康安全和环境安全等。它们同能源的关系也是非常密切的。现在利用的能源已造成了大量的环境污染问题，严重影响了人类的生存。因此，未来对能源的要求将不仅是储量充足，而且还必须是清洁的能源。相对其它化石能源而言，核能的和平利用已充分证明了核能是清洁的能源之一。 关键字：能源利用可持续发展环境污染
氢能源的最新研究成果综述---制备、储存以及利用 在法国小说《神秋·岛》中有句话：“我相信，总有一天氢气和氧气会造产生光和热的无尽源泉”。地球上的物质66%是由氢组成的，当石化燃料危机以及由此带来的环境危机越来越成为关系国计民生和人类未来的重要问题的时候，一个全新的“氢能经济”的蓝图正在逐步形成。氢能是一种完全清洁的新能源和可再生能源，它是利用石化燃料、核能和可再生能源等来产生氢气，也可通过燃料电池化学反应直接转换成电能，用于发电及交通运输等，还可用作各种能源的中间载体。氢可作为一种储备的能源，如果利用丰富的过剩电能实现电解水制氢，可以建独立的氢供应站，不必区域联网。因此，氢与可再生一次能源相结合可以满足未来能源的所有需求。 1、氢能源的优越性 氢作为能源有许多优越性。水通过光分解可制得氢，水是取之不尽，用之不竭的原料，又十分低廉，地球的表面有是水，储量很大。氢燃料燃烧后又生成水，是一种燃烧无害、十分清洁的能源。氢在储存、输送上比电力损失小，而且氢燃烧热值高，1kg氢燃烧产生的热量相当于3kg汽油或4.5 kg焦炭的发热量。但是在实际的应用中氢的存储与运输，以及利用太阳能分解水制取氢，一直是制约氢能发展的问题。 2、氢能源的制备与贮存 氢能源的制备 “纯天然的氢能源”目前自然界是没有的。氢能源是一种二次能源。它更像是一种能量的载体，通过某种途径制得，然后再用于另一种途径。氢能源的热值非常高，又不会产生污染（氢气的燃烧产物即为水），因而是理想的二次能源。目前氢能源的制备方法非常多，从传统的电解水制氢，到微生物制氢。课本中已经详细介绍了电解水制氢的方法，因此这里着重介绍生物制氢的方法，以及最近美国科学家最新开发出的用糖来制取氢气的方法。 人们就已经认识到细菌和藻类具有产生分子氢的特性。在生物制氢研究领域，人们以碳水化合物为供氢体，利用纯的光合细菌或厌氧细菌制备氢气，并先后用一些微生物载体或包埋剂，细菌固定化的一系列反应器系统进行了研究。到 20 世纪90年后期，人们直接以厌氧活性污泥作为天然产气微生物，以碳水化合物为供氢体，通过厌氧发酵成功制备出生物氢气，因而使生物制取成本大大降低，并使生物制氢技术在走向实用化方面有了实质性的进展。任南琪等以厌氧活性污泥为菌种来源，以废糖蜜为原料，采用两相厌氧反应器制备出氢气，开创了利用非固定化菌种进行生物制氢的新途径，由于此技术采用的是混合菌种，在运行中方便操作和管理，大大提高了生物制氢技术工业化的可行性，也成为国际上近来生物制氢技术研究的热点。樊耀亭等以牛粪堆肥作为天然混合产氢菌来源，以蔗糖和淀粉为底物，通过厌氧发酵制备了生物氢气。迄今为止，已研究报道的产氢生物类群包括了光合生物（厌氧光合细菌、蓝细菌和绿藻X非光合生物（严格厌氧细菌、兼性厌氧细菌和好氧细菌）和古细菌类群。 最近，科学家利用合成生物学的方法，使用由13种酶组成的混合物，将碳水化合物和水转变成二氧化碳和氢气。实验显示，这一反应在约30℃和1个大气压的条件下即可发生。将二氧化碳抽除后，氢气进入燃料电池产生电力，副产物水可以循环利用。在反应中，氢是主要产物，效率比自然界里厌氧菌分解生物物质产生氢的效率高3倍，每磅氢的成本可能低于1美元。