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洁净高效的氢能

发布时间：2009/10/10 阅读次数：1001 字体大小: 【小】【中】【大】

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专家普遍认为，21世纪最有前途的能源有两种：一种是氢能，另一种是受控核聚变能。而这两种能源都与氢元素息息相关，前者直接利用氢，后者则利用氢的同位素——氘。

　　氢蕴藏于浩瀚的海洋之中。海洋的总体积约为13.7亿立方千米，若把其中的氢提炼出来，约有1.4×1017吨，所产生的热量是地球上矿物燃料的9000倍。氢是一种极为优越的新能源，其主要优点有：

　　燃烧热值高　每千克氢燃烧后能放出142.35千焦的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。

　　清洁无污染　燃烧的产物是水，对环境无任何污染。

　　资源丰富　氢气可以由水分解制取，而水是地球上最为丰富的资源。

　　适用范围广　贮氢燃料电池既可用于汽车、飞机、宇宙飞船，又可用于其他场合供能。

　　开发氢能的关键技术包括两方面：一方面要解决制氢问题，另一方面要解决氢的贮存及运输问题。

　　制氢工艺

　　氢气能否作为燃料广泛使用，关键在于制氢工艺。作为大规模生产氢的主要途径，电解水无疑是最可行的。然而，水分子中的氢原子结合得十分紧密，电解时要耗用大量的电力，比燃烧氢气本身所产生的能量还要多。如果这些电力来自火力发电站，就失去使用氢燃料的意义，在经济上不足取。

　　基于此，人们想到了利用太阳能发电和水力发电等提供电力。首先使这一设想付诸实施的，是1986年在加拿大魁北克省启动的“水力氢试验计划”，该计划由加拿大和欧洲合作，利用魁北克省丰富的水力资源提供电力，并用高性能离子交换膜电解水，所产生的氢气吸附在一种贮氢合金内，运往消费地――欧洲。据报导，用该工艺方法生产氢的成本，已接近天然气的生产成本。

　　美国夏威夷大学开发了一种光电制氢工艺，用一片很薄的半导体悬于水中，仅利用太阳能就能产生出氢。位于科罗拉多州的政府氢实验室、迈阿密大学等正在开发另一种有希望的方法，通过用光线照射的某些微生物，它们便能像一个自发的活反应体一样，从水中产生出氢气和氧气。

　　日本通产省从1993年开始实施“氢利用清洁能源计划”。该计划提出了将在太平洋上赤道位置建立“太阳光发电岛”，以太阳能电解水制得的氢，去推动以氢作燃料的燃气轮机，建成新型的火力发电站。日本工业技术院人士认为，从成本上看，氢发电是大有希望的，若能建立起氢的大量供给系统，其需求将有可能急剧增大。用氢取代城市煤气，只是诸多用途之一，日本的目标是以氢发电为突破口，逐步摆脱对石油的依赖。

　　贮氢方法

　　氢还有另一大难题是贮存。氢气很轻，它必须经过压缩或在极低的温度下液化，其浓度才能达到成为一种有用燃料的要求。

　　为了克服这一难题，研究人员以固态存储方法——用贮氢合金吸收和贮存氢。当用贮氢合金制成的容器冷却和压入氢时，氢燃料的浓度可与压缩天然气系统相比，但重量较轻、体积较小。加热这一贮存系统或降低其内部压力，氢就会释放出来。

　　贮氢合金的工作原理是：氢原子贮存于金属结晶间隙，以氢化物的形态存在，这种金属氢化物有很好的安全性和经济效益。贮氢合金在冷却或加压时能吸入氢气，与金属形成金属氢化物；当加热或减压时，金属氢化物会重新分解出氢气以供利用。

　　氢能利用

　　氢是21世纪重要的能源载体。以氢为燃料的燃料电池，燃烧时氢与氧结合生成水，是一种洁净的发电技术，顺应了全球的环保大趋势。

　　当前，世界著名的汽车厂商，为发展环保型汽车，加紧更新传统的车用燃料，纷纷决定采用氢能，掀起了一场氢能汽车开发的热潮。实验证明，使用氢燃料电池的汽车排放的碳仅为常规内燃机的30％，造成的大气污染仅为内燃机的5％。美国汽车工业协会预测，到2002年，美国将生产约50万～100万辆氢能汽车。

　　除汽车外，2001年开始，美国、欧洲和日本将在飞机上推广氢燃料。据欧洲空中客车飞机公司预测，最迟将于2002年，欧洲生产的飞机可大规模采用液氢为燃料。由于液态氢的工作温度为－253℃，因此必须改进目前的飞机燃料系统。德国戴姆勒-奔驰航空公司和俄罗斯航空公司已从1996年开始进行试验，证实在配备有双发动机的喷气机中使用液氢，其安全性有足够的保证。另外，由于同等重量的氢和汽油相比，氢提供的能量是汽油的3倍，但即使液态氢也需要4倍于汽油的容积，从而飞机设计师们面临的任务是将传统的机翼设计成可以容纳更多液氢的新型构造。

　　不远的将来，氢能汽车将驰骋于高速公路上，氢能飞机将翱翔于蓝天，氢能飞船将穿梭于星际，人类将迎来一个洁净、高效的明天。

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