氢能的利用

氢能的利用及其环境效应

题目氢能的利用及其环境效应

专业过程装备与控制工程

姓名曹维褀

学号 3013207186

2014年1月

摘要：伴随21世纪的到来，世界各国都面临着亟待解决的能源问题。氢能是高效清洁环保型新能源,在二十一世纪有望成为世界能源舞台上举足轻重的二次能源。文章总结了氢能的特点，氢的开发与利用，结合氢能的环境效应提出了关于氢能源未来发展趋势的一些见解。

关键词：氢能的开发环境效应氢能的利用

1. 氢能的特点

(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)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

(3)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

(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，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

(5)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(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，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用

2. 氢能开发与利用

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许多问题，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。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。

②水煤气转化。

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。

（2）电解水法。水中放进一点儿氢氧化钠、硫酸钾、硫酸之类的电解质，通电之后，极上就能放出氢气。电解水法制得氢气的纯度可达99.5～99.8%。

（3）各种化工过程副产品氢气的回收，如氯碱工业、冶金工业等。

（4）热化学循环分解水制氢。该方法是在水反应系统中加人中间物，经历不同的反应阶段，最终将水分解为氢和氧，且中间物不消耗。这其实也是一种加热直接分解水的方法，不过不是单纯依靠加热硬把氢、氧一步分开，而是通过某些化学药品（如二氧化硫、硫酸和硫酸铋）与水反应，分几步把水分解制得氢气，形成一个热化学循环，所以又叫做分步反应分解水制氢法。

（5）生物质制氢。它是将生物体中的氢元素通过裂解或者气化的方法提取出来的方法。

氢能的利用方向很广，使用价值也很高。总结起来氢能可以在以下领域得到充分利用，但某些利用方向还尚在理想状态下。

（1）氢可以做汽车燃料。用氢气作燃料油许多优点，首先是干净卫生氢气燃烧后的产物是水，不会污染环境，非常有利于环境的保护。其次是氢气在燃烧时比汽油的发热量高。

（2）燃料氢气发电还可以通过燃料氢气能发电。

（3）氢气在氧气中燃烧放出大量的热，其火焰-氢氧焰的温度高达3000℃，可用来焊接或切割金属。氢气还在冶金、化学工业等方面有着广泛的应用。

3. 氢能的环境效应

环境效应（environmental effect）自然过程或人类活动过程所引起的环境系统结构和功能的相应变化。有正效应，也有负效应。

人类通过各种途径制造和储备氢气，并对之进行开发与利用。在这之中，从最开始的制造氢气，主要通过生物和太阳能制氢，所以这一过程不会对环境造成破坏而且也不会产生环境化学效应、环境物理效应、环境生物效应。最后在利用氢能的过程，主要问题就在于安全角度，所以我们要着重加大氢气的安全使用力度。氢气的燃烧产物是水，不会产生副产物和污染物。综上所述，氢气是最环保和理想的利用能源，最终可以产生环境正效应。

4 总结与展望

能源、资源及环境问题迫切需要氢能源来化解这种危机，但目前氢能源的制备还不成熟，储氢材料的研究大多仍处于实验室的探索阶段。氢能源的制备应主要集中在生物制氢这一方面，其他制氢方法，是不可持续的，不符合科学发展的要求。生物制氢中的微生物制氢需要基因工程同化学工程的有机结合，这样才能充分利用现有科技尽快开发出符合要求的产氢生物。生物质制氢需要技术的不断改进和大力推广，这些都是一个艰难的过程。氢气的储存主要集中在新材料的发现方面，对材料的规模化或工业制备还未及考虑，对不同储氢材料的储氢机理也有待于进一步研究。另外，因为每一种储氢材料都有其优缺点，且大部分储氢材料的性能都有加合性的特点，而单一的储氢材料的性质也较多地为人们所认识。因此认为，应该研制出集多种单一储氢材料储氢优点于一体的复合储氢材料是未来储氢材料发展的一个方向。

主要参考文献:

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［2］赵永丰.鲍德佑.多途径开发氢源促进我国氢能发展.太阳能学报（特刊）,1999

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