走近氢能源
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氢能源的优势与挑战近年来,随着环保意识的不断提高,氢能源作为一种全新的绿色能源备受关注。
与传统的化石燃料相比,氢能源的优势在于其零排放,高效能。
然而,氢能源在推广和实际应用过程中也遭遇到了一些困难和挑战。
本文将探讨氢能源的优势与挑战。
一、氢能源的优势1.环保氢能源的最大优势在于它的环保属性。
氢燃烧的唯一废气是水蒸气,不会产生任何有害物质的排放。
与石油和煤炭所产生的二氧化碳、二氧化硫等有害气体相比,氢能源可以大幅减少空气污染和温室气体排放,有效缓解环境问题。
2.高效能氢燃料具有高能通量和快速响应的特点,适用于各种能源转换领域。
利用氢能源可以实现高效的发电和运输。
此外,氢燃料电池车辆可以更快地充电并且行驶里程更长,相比传统汽车更加具有可持续性。
3.可再生性相比其他燃料,氢燃料具有可再生性。
它可以通过植物的光合作用或者水电解在自然界中生成。
此外,太阳能和风能等可再生能源可以通过电解水生成氢燃料,实现真正的环保。
二、氢能源的挑战1.生产成本高尽管氢燃料具有高效能、环保等优势,但是其生产成本和推广费用很高。
目前世界上大多数氢燃料都是通过加热天然气或石油蒸馏物获得的,这种方法虽然成熟,但是昂贵,不利于大规模应用。
2.使用安全问题氢气的爆炸性很强,因此氢燃料的使用和储存都存在安全问题。
氢燃料在使用和储存过程中需要采取高强度防爆手段,由此增加了使用和储存的成本和难度。
此外,对于氢燃料电池车辆而言,其液压技术的使用和安全问题都需要进一步解决。
3.供给不稳定氢燃料的产生和储存都存在一定的限制,应用范围受到一定局限。
目前,全球氢燃料的主要供应链还比较单一,源头的供应不稳定也将影响到产业的发展。
因此,未来需要考虑如何建立市场化的氢燃料供应链,提高氢燃料的稳定性和可持续性。
三、未来的发展与应用尽管氢能源面临诸多困难和挑战,但是我们对其未来发展仍然充满希望。
随着技术的不断进步和应用的不断扩大,氢燃料的生产成本也将逐渐下降,使用技术也会变得更加安全和普遍。
走近氫能源摘要:氫能在二十一世紀有望成為世界能源舞臺上舉足輕重的二次能源。
本文重點介紹氫能的特點、氫能的開發技術關鍵、氫能的應用領域、今後氫能的發展方向等。
關鍵字:氫能制氫技術儲氫材料能源、材料和資訊是近代社會得以繁榮和發展的三大支柱。
煤、石油、天然氣是當今重要的三大化石燃料,由於它們具有不可再生性,因此隨著它們耗量的日益增加,其儲量將日益減少,而且終有一天這些資源將要枯竭,因此,目前世界各國都在大力探索一些不依賴化石燃料的、儲量豐富的新的能源,如太陽能,潮汐能、地熱、氫燃料和核能等等。
其中氫能不僅具有不依賴化石燃料、儲量豐富的特點,而且氫能的研究還迎合了工業化國家日趨嚴格的環保政策,因而各國對氫能的研究變的日益活躍起來。
氫能也被認為是最有發展前途的新型能源。
為充分瞭解氫能源,本文從氫能的特點、氫能的開發技術關鍵、氫能的應用領域、今後氫能的發展方向四個方面進行了研究,分別作以介紹,以增進人們對新能源氫的系統認識,為接受並使用新能源打下基礎。
1. 氫能的特點氫位於元素週期表之首,它的原子序數為1,在常溫常壓下為氣態,在超低溫高壓下又可成為液態。
作為能源,氫有以下特點:1.1 所有元素中,氫重量最輕。
在標準狀態下,它的密度為0.0899g/l;在-252.7°C 時,可成為液體,若將壓力增大到數百個大氣壓,液氫就可變為固態氫。
1.2 所有氣體中,氫氣的導熱性最好,比大多數氣體的導熱係數高出10倍,因此在能源工業中氫是極好的傳熱載體。
1.3 氫是自然界存在最普遍的元素,據估計它構成了宇宙品質的75%,存儲量大。
除空氣中含有氫氣外,它主要以化合物的形態貯存於水中,而水是地球上最廣泛的物質。
據推算,如把海水中的氫全部提取出來,它所產生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大90O0倍。
1.4 氫的發熱值高,除核燃料外氫的發熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,為142,351kJ/kg,是汽油發熱值的3倍。
氢能源技术的发展现状及前景氢能源技术是近年来备受关注的领域,由于其对于环境友好,极高的能量密度和储存能力,以及几乎零排放等特点,使得它成为了许多国家和企业投资研发的重点。
本文将从多个方面探讨氢能源技术的发展现状和前景,并分析其应用前景和难点。
一、氢能源技术发展现状(1)产生氢能源的三种方法目前,氢能源的产生主要有三种方法:化石燃料重整制氢、水电解制氢和生物质制氢。
其中,化石燃料重整制氢是最常用的制氢方法。
水电解制氢是利用电能分解水分子来获得氢气的方法,可靠性和经济性较强。
而生物质制氢则是通过生物质气化和生物反应器生产氢气,但制氢效率较低。
综合来看,各种制氢方法都有自己的优势和局限性,需要在不同的场景下进行选择和应用。
(2)氢能源技术应用现状氢能源技术的应用现状主要是运用于交通领域和能源储存领域。
在交通领域,氢燃料电池车作为氢能源的代表已经成为许多诸如日本、美国、韩国、欧洲等地政府推广的重点项目,而在能源储存领域,氢能源的储备和使用较为广泛。
二、氢能源技术的前景(1)氢能源技术的市场潜力随着全球气候变化和环保政策的加强,氢能源技术凭借其无污染、可持续和高效等优势,将得到广泛的应用。
特别是氢燃料电池车等运输工具将成为氢能源的主要应用领域,其市场潜力庞大。
根据国际咨询公司Navigant Research的报告预测,到2035年,全球氢燃料电池车产量将达到900万辆,市场规模超过1万亿美元。
(2)氢能源技术的技术改进氢能源技术还存在一些技术难点,包括制氢成本高、氢气储存和运输难、储能安全性等问题。
但是,随着技术的不断改进,这些问题将得到逐步解决。
例如,近年来氢气储罐技术的不断改进以及氢气的加压技术的提高,使氢气运输和储存更加安全和高效。
三、氢能源技术应用的前景及挑战(1)氢能源技术应用前景未来,氢能源技术将得到更加广泛的应用。
除了交通和储能领域外,氢能源技术还有望应用于建筑、制药、化工、钢铁、金属等工业领域,辅助其他能源形式,如太阳能和风能等的应用。
关于氢能源的未来前景和技术氢能源是一种非常神奇的能源,它可以像电能或化石燃料一样被用于驱动机器和发电。
随着氢技术的日益成熟和应用的推广,越来越多的人开始留意氢能源这一未来的能源市场。
氢能源的前景氢能源是目前各国政府积极研究并大力推广的一种新型能源,这对全球环境和经济可持续发展都有着重要意义。
未来,氢燃料电池发电、氢能力机车、氢能源储备以及氢燃料汽车,都将是氢能源应用领域的主要形式。
这些应用将给生产、运输、电力、照明、信息、医疗和空气等领域带来大量新兴业务和就业机会,并对经济发展、社会建设和环境保护做出重要贡献。
氢能源技术现状固体氢、液态氢和气态氢是目前氢储能的三种主要技术体系。
在固体氢储能方面,氢储能技术已经取得了不少进展,但其成本较高,使用环境也受到限制。
而在液态和气态氢储存方面,由于液态氢密度大而单背储存成本高、气态氢则死体积大,所以这两种技术在储存过程中要面对着输送损失、安全等一系列的问题。
但是,由于氢燃料电池的高效和使用寿命优秀,为推广氢燃料电池汽车和配套设施、设备提供核心技术。
因此,未来,氢能源在汽车、社区、燃料电池发电、重卡、船舶、航天、氢化工、船舶、航空等方向的应用将更加广泛。
氢能源技术发展趋势未来几年,氢能源的发展重点将是氢能源的成本、效率和安全性等关键技术的加强与完善。
此外,氢能源在配套设施和产业的发展方面也面临一些挑战,需要通过合理安排相关的政策、推广和技术支援等来解决。
一些大型汽车厂商已着手研发氢燃料汽车,面临的技术难题和成本协调困境,也时刻提醒着氢能源在技术成熟、实用性成本、配套设施配套等方面进一步的提高。
随着中国政府大力推广氢能源产业发展,相关的产业环节流程依次丰富,在氢能源应用场景的建设中也会面临一些技术和经验上的挑战。
结语目前,氢能源领域的相关技术、产业和政策都处于不断扩张和壮大的阶段,未来的发展前景也十分广阔。
对于各个行业来说,要想抢占氢能源发展的先机,需要做好技术创新、产业转型和政策支持等方面的准备。
氢能源技术的发展现状与前景随着全球对环保可持续性需求的不断提高,新能源技术得到了发展,并开始成为未来能源的主要来源。
在这些新能源技术中,氢能源技术已经吸引了越来越多的关注。
那么,氢能源技术的发展现状和前景究竟如何呢?本文将为您详细介绍。
现状分析氢能源技术的发展在世界范围内已经有了长足的进展。
目前,欧洲、美国、日本、韩国等国家均在积极推进氢能源技术的研发和应用。
在欧洲,欧盟不仅推出了“欧洲氢能源联盟”计划,还启动了“清洁氢能源联盟”计划,旨在将氢能源技术应用于交通、能源、工业等领域,以实现欧盟的碳中和目标。
同时,欧洲各个国家也在积极推进氢能源技术在本国的应用。
在美国,政府和私人企业都在积极投资和推广氢能源技术。
例如,美国政府推出的“氢能源基础设施推广法案”在全国范围内扩展氢能源基础设施建设,以促进氢能源技术的应用。
在日本和韩国,国内汽车产业企业以及政府都在积极推广氢能源汽车和氢能源基础设施建设。
不仅如此,一些新兴企业和科研机构也加入到这个领域中。
有一些国家,如中国、澳大利亚、加拿大、印度等,也在探索氢能源技术在本国的应用。
可以看出,氢能源技术在全球范围内已经得到了广泛关注和应用,是未来替代传统化石燃料的主要选择。
前景展望随着全球对环保可持续性的需求不断提高,氢能源技术将成为未来能源的重要来源之一。
根据国际能源署(IEA)的预测,到2030年,全球氢需求将接近每年5500万吨。
到2050年,全球氢需求量将超过每年1亿吨。
这意味着,氢能源技术市场的前景非常广阔。
未来,除了在交通领域应用以外,氢能源技术还可以助推其他领域的发展。
例如,在能源领域,氢技术可以用于工业生产中的加热和氧化还原反应,也可以用于车间电力供应系统。
在城市气体领域,氢可以用于天然气的替代和混合。
在农业领域,氢技术可以用于农作物的保鲜和烘干。
还有其他很多以氢能源技术为基础的应用需求。
然而,在氢能源技术的发展过程中,仍存在一些问题需要解决。
氢能源在生活中的应用
氢能源在生活中的应用可以从以下几个方面进行介绍:
1. 汽车:氢能汽车是氢能源应用的代表之一。
氢气燃料电池汽车可以实现零排放,不会产生有毒废物,比较环保。
而且氢气燃料电池汽车的续航里程可以达到500公里到1000公里,而加氢的时间也可以控制在5分钟左右,使用方便。
2. 供暖:将氢作为燃料用于家庭供暖,和使用天然气和液化气的供暖是一样的,只是产生的废气是水和少量氧气。
3. 食品加工:氢气可以作为食品工业的气源,例如生产饮料的二氧化碳,发酵蔬菜的气氛调节,烤面包时增加面包体积等。
4. 电力供应:利用氢燃料电池发电可以实现高效的清洁能源供应,而且不会产生二氧化碳等有害气体,比较环保。
5. 空气净化:氢气可以作为清洁空气燃料,用于空气净化。
通过软化硬件等设备,氢气可以将雾霾和有害气体转化为水,实现清洁的空气循环。
随着氢能技术的不断发展和应用,未来氢燃料电池将在更广泛的
领域得到应用,成为清洁、高效、环保的新型能源。
氢能源的前景与应用随着全球对于环保可持续能源的需求不断增长,氢能源作为一种无污染、高效能源逐渐引起人们的关注。
本文将探讨氢能源的前景以及其广泛的应用领域。
一、氢能源前景分析氢能源是一种清洁能源,其能够通过氢能燃料电池转化为电能,产生零排放。
随着对环境保护和可持续发展关注度的提高,氢能源被认为是未来的主要能源之一。
首先,氢能源具有丰富的资源。
氢气可以通过多种方式获取,如可再生能源(如风能、太阳能)产生的电能通过电解水制得氢气。
此外,天然气中的氢气也是取之不尽的资源。
其次,氢能源具有高能量密度。
相比传统的锂电池,氢燃料电池具有更高的能量密度,能够提供更长久的能源供给,更适合需大容量电能的应用场景。
最后,氢能源的使用过程中没有任何尾气排放,对环境几乎零污染。
这使得氢能源成为环保意识日益增强的社会的理想选择。
综上所述,氢能源有着广阔的发展前景。
它的可再生资源、高能量密度以及零排放的特点将使其成为能源领域的重要组成部分。
二、氢能源的应用领域1. 交通运输领域氢燃料电池车辆是氢能源在交通运输领域的主要应用之一。
与传统燃油车辆相比,氢燃料电池车辆具有零排放、能量密度高、续航里程长等优势。
如今已经有多个国家对氢燃料电池车辆进行了大规模推广。
2. 工业制造领域氢气在工业领域具有广泛应用。
例如,氢气可用于金属加工、玻璃生产、电子器件制造等各个环节。
通过使用氢能源替代传统能源,可以减少碳排放和环境污染。
3. 家庭能源领域在家庭能源领域,氢能源可以用于供暖、热水器、炊具等多个方面。
与传统能源相比,氢能源的使用更加环保、高效,能够满足家庭能源的日常需求。
4. 能源存储和备用电源氢能源还可以作为能源存储和备用电源的选择。
通过将多余的电能转化为氢气储存起来,当有需求时再通过氢燃料电池转化为电能供应。
这种方式可以解决可再生能源的间歇性供应问题,提高整体能源利用效率。
总之,氢能源在交通运输、工业制造、家庭能源领域以及能源存储和备用电源方面都有着广泛的应用前景。
什么是氢能源?氢能源是一种清洁、高效的能源,被誉为“未来能源”。
它不仅可以替代传统石化能源,减少环境污染和温室气体排放,还能提高能源利用效率,实现能源可持续发展。
那么,什么是氢能源呢?在本文中,我们将通过以下三个方面,深入浅出地为您解析氢能源:一、什么是氢能源?氢能源是指利用氢作为主要能源的一种新型能源。
它的最大特点是无碳排放,将氢作为燃料燃烧时,只会产生水蒸汽,不会排放任何有害气体。
另外,氢能源具有储能和传输能力强、储存时间长等优势,可以为我们提供安全、便捷的能源服务。
二、氢能源应用方向氢能源目前主要有以下几个应用方向:1.交通运输领域:利用氢能源作为车辆动力源,开发制造氢燃料电池车,实现全生命周期无碳排放,整体运行成本低等优势。
2.城市能源领域:利用氢能源进行能源储存、输配、供应等,解决城市供暖、供气等方面的能源问题,推动城市清洁能源转型。
3.配电网络领域:利用氢能源进行能量储存和平衡,实现电网平稳运行,避免供应中断和能量浪费。
三、氢能源发展前景未来,氢能源将成为全球能源发展的重要方向。
随着技术的进步和政策支持的不断增加,氢能源正在迎来一个爆发期。
预计到2030年,全球氢燃料电池汽车销量将达到300万辆,氢能源市场规模将突破万亿级别。
我们可以看到,氢能源是未来能源发展的大趋势,是我们实现清洁、高效、可持续能源发展的重要保障。
总结:通过本文的介绍,我们了解了氢能源的基本概念、应用方向和发展前景。
氢能源作为一种安全、环保、高效的能源,不仅能够解决我们生活和工业用电、用气的问题,还能为人类带来更加清洁、可持续的生活环境和发展机遇。
我们期待着,未来的能源发展中,氢能源可以发挥越来越大的作用,为人类带来更加美好的生活。
走近氢能源姓名:梁义庚班级:机电学院热能111班学号:5902111012摘要:氢能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。
本文重点介绍氢能的特点、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等。
关键词:氢能制氢技术储氢材料引言: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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 +H 2O ====== CO +H 2↑- 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,CO +H 2O ========== CO 2+H 2+Q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, 10000C500~ 5500CCH 4 ========== C + 2H 2在镍催化剂存在下,把一些碳氢化合物,如甲烷跟水蒸气在800~ 9000C 时起反应,制得氢气和一氧化碳的混合气体,CH 4+H 2O ========= CO+3H 2 再把一氧化碳转成二氧化碳(应用水煤气转化法),并使之加压溶解于水,遂获得氢气。
还可采用碳氢化合物部分氧化法来制氢,原理同上面差不多,也是用碳氢化合物和水蒸气通过催化剂生成氢、一氧化碳、二氧化碳的混合气体,然后在混合气体中加进更多的水蒸气,依靠另一些催化剂的作用,生成更多的氢和二氧化碳。
这些方法大都需要催化剂和高温,催化剂多数是镍的化合物。
特别是它们都以碳氢化合物为原料,仍旧离不开煤炭、天然气、石油等矿物燃料,所以算不上是一种有前途的制氢技术。
(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%。
其原理为:2H 2O ======2H 2↑+O 2↑电解法制氢不消耗矿物燃料,但是用电量很大,每生产1kg 氢需要消耗五、六十度电,成本太高。
只有在电力供应充裕、电价低廉(如有大量低价的水力发电或核动力发电)的情况下,电解水制氢才有可能焕发青春,为大规模生产氢燃料作出新贡献。
(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。
2NaCl+2H 2O=====Cl 2↑+2NaOH+H 2↑(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。
在热化学法制氢中,不同的化学反应有不同的化合物──如硫、铋、钙、溴、汞、铁、碘、镁、铜、氯、镍、钾、锂等的化合物──作为中间反应物参加,反应温度大多为八、九百度,高的也仅有上千度。
反应结束后,化学药品的数量不减少,可以回收循环使用,消耗的只是水,水被分解成氢和氧了。
现在,科学家们已提出了多种热化学分解水制氢的方案,并且正在寻找最佳的制氢方案而努力。
热化学法制氢仍旧需要热。
如果把这种方法同核反应堆联系到一起,利用核反应堆高温裂解 800~ 9000C[Ni] 电解电解的余热来提供所需要的能量,同时解决高温、腐蚀性、投资大等不足之处,那就可以大大降低氢的生产成本。
(5)光化学制氢。
它是在有光照催化剂作用下,促使水解制得氢气的一种方法。
现在世界上已经有了强大的太阳能高温炉,聚焦温度高达4 000 ℃,这样高的温度,用于直接热分解水或分步的热化学法制氢都是可能的。
早在1972年,日本科学家本多等人在研究半导体电极在光照下的电化学行为时,发现把氧化钛晶体电极和铂黑电极连接起来浸到水里,当太阳光照射氧化钛表面时,就会产生电流,分解水制得氢气。
不过,由于氧化钛半导体的禁带宽度大于3.0 eV,只能吸收太阳光中的紫外光和近紫外光部分,所以光能利用效率很低,不过1%。
现在的问题是要探索的性能优良的光电极半导体材料,以便进一步提高光解水的效率。
专家们认为,应该采用禁带宽度为1.0~1.6 eV的半导体,它们可以吸收差不多整个波长范围内的太阳光。
这样的半导体材料有好多种,目前研究得比较多的是砷化镓、磷化铟等等。
不久前美国科学家海勒等人用磷化铟半导体作电极的光电化学电池制氢,效率达到12%。
还有人用硅作电极,在太阳光的照射下,可以从水中制取12~13%的氢气,甚至有可能达到25%。
这就使氢燃料的商品化生产有了可能。
光络合催化分解水制氢是最近几年发展起来的一个新领域。
11年前,有人发现三联毗啶钌络合物的激发态具有电子转移能力,这使人想起可以利用它来光解水制氢。
后来就发明了一种复合催化体系,其中包括光敏剂、中继物、电子给体和铂催化剂。
光敏剂捕获太阳能而呈激发态;起桥梁作用的中继物从光敏剂的激发态得到电子,然后迅速同水进行电子交换,还原水而得氢气。
光敏剂失去的电子应该得到补充,这就要往溶液中加进电子给体。
这样的复合催化体系的太阳光的照射下,每升溶液每小时可以生产1L氢气。
目前,科学有正在研究一种办法,把放氢、放氧两个分解水的半过程耦合起来,这样可以不消耗电子给体,使生产成本大大降低。
据报道,最近日本制成了一种高效催化剂,是把氧化钛、氧化钌和铂粘着在一起,做成颗粒直径只有1Mr的灰色粉末。
把这种粉末加到水和纤维素的混合液里,放在太阳光下,就能产生氢气和二氧化碳。
水被分解了,最后剩下来的仅仅是催化剂。
关于光解水制氢所取得的突破性成果,曾被我国27位著名科学家推荐、评选为1982年的世界十项重大科技进展之一。
(6)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。
①生物质催化气化制氢技术生物质催化气化制氢的主要流程如图1所示。
三个过程决定最终氢气的产量和质量,即生物质气化过程、合成气催化变换过程和氢气分离、净化过程。
生物质气化。
生物质热化学气化是指将预处理过的生物质在气化介质中如:空气、纯氧、水蒸气或这三者的混合物中加热至700度以上,将生物质分解为合成气。
生物质气化的主要产物为H2、CO2、CO、CH4,混合气的成分组成比因气化温度、压力、气化停留时间以及催化剂的不同而不同,气化反应器的选择也是决定混合气组成的一个主要因素。
氢气分离、净化。
日前主要采用的分离方法有:金属氢化物分离法;变压吸附法;低温分离法;钯合金薄膜扩散法;聚合物薄膜扩散法等。
利用各种氢气纯化法使氢气纯化,所得的氢气回收率有很大差别。
金属氢化物分离法、变压吸附法和聚合物薄膜扩散法的回收率一般在70%-85%;低温分离法回收率达到95%;钯合金薄膜扩散法采用富氢原料气时,回收率可达99%。
我国的生物质气化技术已达到工业示范和应用阶段。
中国科学院广州能源所多年来进行了生物质气化技术的研究,其气化产物中氢气约占10%,热值达11MJ/m3。
在国外,由于转化技术水平较高,生物质气化已能大规模生产水煤气,且氢气含量也较高。
②等离子体热解、气化制氢。