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氢气能源

2018-4-22 09:35| 发布者: dymodel| 查看: 197| 评论: 0|原作者: firpo

摘要: 说到氢气能源要先介绍: 二次能源 ,它是联系一次能源和能源用户的中间输纽。 二次能源又可分为“过程性能源”和“含能体能源”。二次能源又可分为“过程性能源”和“含能体能源”。 当今电能就是应用最广的“过程性能 ...
说到氢气能源要先介绍: 二次能源 ,它是联系一次能源和能源用户的中间输纽。 二次能源又可分为“过程性能源”和“含能体能源”。二次能源又可分为“过程性能源”和“含能体能源”。 当今电能就是应用最广的“过程性能源”;柴油、汽油则是应用最广的“含能体能源”。当今电能就是应用最广的“过程性能源”;柴油、汽油则是应用最广的“含能体能源”。由于目前“过程性能源”尚不能大量地直接贮存,因此汽车、轮船、飞机等机动性强的现代交通运输工具就无法直接使用从发电厂输出来的电能,只能採用像柴油、汽油这一类“含能体能源”。由于目前“过程性能源”尚不能大量地直接贮存,因此汽车、轮船、飞机等机动性强的现代交通运输工具就无法直接使用从发电厂输出来的电能,只能采用像柴油、汽油这一类“含能体能源”。 可见,过程性能源和含能体能源是不能互相替代的,各有自己的应用范围。可见,过程性能源和含能体能源是不能互相替代的,各有自己的应用范围。随着,人们将目光也投向寻求新的“含能体能源”,作为二次能源的电能,可从各种一次能源中生产出来,例如煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、水力、潮汐能、地热能、核燃料等均可直接生产电能。随着,人们将目光也投向寻求新的“含能体能源”,作为二次能源的电能,可从各种一次能源中生产出来,例如煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、水力、潮汐能、地热能、核燃料等均可直接生产电能。 而作为二次能源的汽油和柴油等则不然,生产它们几乎完全依靠化石燃料。而作为二次能源的汽油和柴油等则不然,生产它们几乎完全依靠化石燃料。随着化石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。随着化石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。氢能正是一种在常规能源危机的出现、在开发新的二次能源的同时人们期待的新的二次能源。氢能正是一种在常规能源危机的出现、在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,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。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: 作为能源,氢有以下特点:
(l)所有元素中,氢重量最轻。 (l)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,液氢就可变为金属氢。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,液氢就可变为金属氢。
(2)所有气体中,氢气的导热性最好,比大多数气体的导热係数高出10倍,因此在能源工业中氢是极好的传热载体。 (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%,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。(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%,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。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。 (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)氢燃烧性能好,点燃快,与空气溷合时有广泛的可燃范围,而且燃点高,燃烧速度快。 (5)氢燃烧性能好,点燃快,与空气溷合时有广泛的可燃范围,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,而且燃烧生成的水还可继续製氢,反复循环使用。(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。
(7)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。(7)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,不需对现有的设备作大的改造,现在的内燃机稍加改装即可使用。用氢代替煤和石油,不需对现有的设备作大的改造,现在的内燃机稍加改装即可使用。
(8)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。 (8)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。
由以上特点可以看出氢是一种理想的新的含能体能源。由以上特点可以看出氢是一种理想的新的含能体能源。目前液氢已广泛用作航太动力的燃料,但氢能的大规模的商业应用还有待解决以下关键问题:目前液氢已广泛用作航太动力的燃料,但氢能的大规模的商业应用还有待解决以下关键问题:
* 廉价的製氢技术: 因为氢是一种二次能源,它的製取不但需要消耗大量的能量,而且目前製氢效率很低,因此寻求大规模的廉价的製氢技术是各国科学家共同关心的问题。 *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,因此寻求大规模的廉价的制氢技术是各国科学家共同关心的问题。
** 安全可靠的贮藏和输送方法: 由于氢易气化、着火、爆炸,因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的关键。 **安全可靠的贮藏和输送方法:由于氢易气化、着火、爆炸,因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的关键。
许多科学家认为,氢能在二十一世纪有可能在世界能源市场上成为一种举足轻重的二次能源。许多科学家认为,氢能在二十一世纪有可能在世界能源市场上成为一种举足轻重的二次能源。氢能是一种二次能源,因为它是通过一定的方法利用其他能源製造的,而不同于煤、石油和天然气等可以直接从地下开採。氢能是一种二次能源,因为它是通过一定的方法利用其他能源制造的,而不同于煤、石油和天然气等可以直接从地下开采。在自然界中,氢已和氧结合成水,必须用热分解或电分解的方法把氢从水中分离出来。在自然界中,氢已和氧结合成水,必须用热分解或电分解的方法把氢从水中分离出来。如果用煤、石油和天然气等燃烧所产生的热或所转换成的电来电解水製氢,那显然是划不来的。如果用煤、石油和天然气等燃烧所产生的热或所转换成的电来电解水制氢,那显然是划不来的。现在看来,高效率的製氢的基本方法,是利用 太阳能 。现在看来,高效率的制氢的基本方法,是利用太阳能 。如果能用太阳能来製氢,那就等于把取不尽的的太阳能转变成了乾淨的氢能源了,其意义十分重大。如果能用太阳能来制氢,那就等于把取不尽的的太阳能转变成了干净的氢能源了,其意义十分重大。目前利用太阳能电解水製氢的方法有太阳能热分解水製氢、太阳能光发电电解水製氢、阳光催化光解水製氢、太阳能生物製氢等等。目前利用太阳能电解水制氢的方法有太阳能热分解水制氢、太阳能光发电电解水制氢、阳光催化光解水制氢、太阳能生物制氢等等。利用太阳能製氢有重大的意义,但这却是有待研究的,有许多工程技术问题要解决,然而世界各国都十分重视,投入不少的人力、财力、物力,并且已取得了多方面的进展。利用太阳能制氢有重大的意义,但这却是有待研究的,有许多工程技术问题要解决,然而世界各国都十分重视,投入不少的人力、财力、物力,并且已取得了多方面的进展。因此在不久后,以太阳能製造的氢能,将成为人类普及使用的一种清洁的燃料。因此在不久后,以太阳能制造的氢能,将成为人类普及使用的一种清洁的燃料。
氢的应用及展望: 氢的应用及展望:
在第二次世界大战期间,氢就用作A2火箭发动机的液体推进剂。 在第二次世界大战期间,氢就用作A2火箭发动机的液体推进剂。 196O年液氢首次用作航太动力燃料。 196O年液氢首次用作航太动力燃料。 1970年美国发射的“阿波罗”登月太空船使用的发射火箭也是用液氢作燃料。 1970年美国发射的“阿波罗”登月太空船使用的发射火箭也是用液氢作燃料。 现在氢已是火箭领域的常用燃料了。现在氢已是火箭领域的常用燃料了。对现代太空梭而言,减轻燃料自重,增加有效载重变得更为重要。对现代太空梭而言,减轻燃料自重,增加有效载重变得更为重要。氢的能量密度很高,是普通汽油的3倍,这意味着燃料的自重可减轻2/3,这对太空梭无疑是极为有利的。氢的能量密度很高,是普通汽油的3倍,这意味着燃料的自重可减轻2/3,这对太空梭无疑是极为有利的。今天的太空梭以氢作为发动机的推进剂,以纯氧作为氧化剂,液氢就装在外部推进剂桶内,每次发射需用1450 m3,重约100T。今天的太空梭以氢作为发动机的推进剂,以纯氧作为氧化剂,液氢就装在外部推进剂桶内,每次发射需用1450 m3,重约100T。
现在科学家们正在研究一种“固态氢”的太空船。现在科学家们正在研究一种“固态氢”的太空船。固态氢既作为太空船的结构材料,又作为太空船的动力燃料。固态氢既作为太空船的结构材料,又作为太空船的动力燃料。在飞行期间,太空船上所有的非重要零件都可以转作能源而“消耗掉”。在飞行期间,太空船上所有的非重要零件都可以转作能源而“消耗掉”。这样太空船在宇宙中就能飞行更长更远了。 这样太空船在宇宙中就能飞行更长更远了。
超音速飞机和洲际客机以氢作动力燃料的研究已进行多年,目前已进人试飞阶段。超音速飞机和洲际客机以氢作动力燃料的研究已进行多年,目前已进人试飞阶段。在交通运输方面,美、德、法、日等汽车大国早已推出以氢作燃料的示范汽车,并进行了几十万公里的道路行驶试验。在交通运输方面,美、德、法、日等汽车大国早已推出以氢作燃料的示范汽车,并进行了几十万公里的道路行驶试验。其中美、德、法等国採用氢化金属贮氢,而日本则採用液氢。其中美、德、法等国采用氢化金属贮氢,而日本则采用液氢。实验证明,以氢作燃料的汽车在经济性、适应性和安全性三方面均有良好的前景,但目前仍存在贮氢密度小和成本高两大障碍。实验证明,以氢作燃料的汽车在经济性、适应性和安全性三方面均有良好的前景,但目前仍存在贮氢密度小和成本高两大障碍。前者使汽车连续行驶受限制,后者主要是由于液氢供应设备费用过高。前者使汽车连续行驶受限制,后者主要是由于液氢供应设备费用过高。美国和加拿大已联手合作拟在铁路机车上採用液氢作燃料。美国和加拿大已联手合作拟在铁路机车上采用液氢作燃料。
氢不但是一种优良燃料,还是石油、化工、化肥和冶金工业中的重要原料和物料。氢不但是一种优良燃料,还是石油、化工、化肥和冶金工业中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精炼需要氢,如烃的增氢、煤的气化、重油的精炼等;化工中製氨、製甲醇也需要氢。石油和其他化石燃料的精炼需要氢,如烃的增氢、煤的气化、重油的精炼等;化工中制氨、制甲醇也需要氢。 氢还用来还原铁矿石。 氢还用来还原铁矿石。用氢製成燃料电池可直接发电。用氢制成燃料电池可直接发电。採用燃料电池和氢气-蒸汽联合循环发电,其能量转换效率将远高于现有的火力发电厂。采用燃料电池和氢气-蒸汽联合循环发电,其能量转换效率将远高于现有的火力发电厂。由于造氢技术的进步和贮氢设备的改善,氢能将成为21世纪能源市场上的新宠。由于造氢技术的进步和贮氢设备的改善,氢能将成为21世纪能源市场上的新宠。
水电解取氢 水电解取氢
水电解取氢是用直流电来电解水,在负极产生氢气,于正极产生氧气。 水电解取氢是用直流电来电解水,在负极产生氢气,于正极产生氧气。
简易的水电解法是将食盐水作为电解液,以双极板的方式来电解水,阴极使用铁片,阳极使用镍片,操作电压约为DC 2V ~ 3V。 简易的水电解法是将食盐水作为电解液,以双极板的方式来电解水,阴极使用铁片,阳极使用镍片,操作电压约为DC 2V ~ 3V

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