氢能源范文1
论文摘要：氢能是21世纪解决化石能源危机和缓解环境污染问题的绿色能源。实现氢能的利用，氢的储运是目前要解决的关键问题。文章综述了氢气制备技术和储备技术的最新研究进展，并探讨了制氢与储氢技术的关键问题。最后对进一步的研究进展进行展望，提出了可供研究的课题方向。
0 引言
资源减少、能源短缺、环境污染日益严重。为了我国 经济 可持续 发展 的战略国策，寻找洁净的新能源和可再生能源来替代化石能源已经迫在眉睫。氢能以其热值高、无污染、来源丰富等优点，越来越受到人们的重视，被称为21世纪的理想能源。是人类能够从 自然 界获取的、储量非常丰富而且高效的含能体能源。
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[1、2、3、4]。
1国内外氢能发展状况
2003年11月19-21日在美国首都华盛顿欧米尼·西海姆大酒店举行“国际氢能经济合作伙伴组织”[the international partnership for the hydrogen economy( iphe)]成立大会，共有澳大利亚、巴西、加拿大、 中国 、法国、德国、冰岛、印度、意大利、日本、韩国、俄罗斯、英国、美国和欧盟的政府代表团及工商业界代表数百人出席会议。iphe是一种新的氢能国际合作关系，这种合作将支持未来的氢能和电动汽车技术，建设一个安全、有效和经济的世界范围的氢能生产、储存、运输、分配和使用设施的大系统。氢能作为解决当前人类所面临困境的新能源而成为各国大力研究的对象。
氢能广泛应用的关键，在于研制出成本低的制氢技术。目前，氢能利用技术开发已在世界主要发达国家和发展中国家启动，并取得不同程度的成果。美国已研制成功世界上第一辆以氢为燃料的汽车，可将60%-80%的氢能转换成动能，其能量转换率比普通内燃机高一倍。1989年，美国太平洋能源公司发明了能大量生产廉价氢燃料的新技术。可用于水分解的一种化学催化剂。用这种方法分解出来的氢成本很低，因而成为世界上最便宜的燃料[1－3，6]。
欧盟(eu)也加紧对氢能的开发利用。在2002-2006年欧盟第6个框架研究计划中，对氢能和燃料电池研究的投资为2,500万-3,000万欧元，比上一个框架计划提高了1倍。北欧国家2005年成立了“北欧能源研究机构”，通过生物制氢系统分析，提高生物生产氢能力。2005年7月，德国宝马( bmw)汽车公司推出了一款新型氢燃料汽车，充分利用了氢不会造成空气污染和可产生强大动力的两大优点。该车时速最高可达226 km/h，行驶极限可达400 km/h。日本研究氢能比较早，目前燃料电池是日本氢能的主要发展方向。日本政府为促进氢能实用化和普及，进一步完善了汽车燃料供给制，全国各地建造了不少“加氢站”，现在已有近百辆燃料电池车已经取得牌照上路，计划到2030年将发展到1500万辆[1－6]。
对我国来说，能源建设战略是国民经济发展之重点战略，我国化石能源探明可采储量中煤炭、石油、天然气分别占世界储量的11.6% ，2.6% ，0.9%。人均煤炭为世界平均值的1/ 2，石油仅为1/ 10左右，我国人口众多，人均资源严重不足。因此，寻找新的洁净能源对我国的可持续发展具有特别重要的意义。
2 储氢技术发展状况 2. 1 氢气的制备技术进展 2.1.1 目前制氢的主要方法
现代 工业能制取的方法很多。如表1所示。
表1 获取氢气的方法
( table.1 methods of acquire hydrogen)
序号
方法
举例
1
轻金属与酸碱反应
2na+2h 2 o—2naoh +h 2
2al+2naoh+2h 2 o—2naalo 2 +3h 2
2
天然气分解制氢
ch 4 +h 2 o—co+3h 2
3
水煤气法制氢
h 2 o+c—co+h 2
4
电解水制氢
阴极:2k++2h 2 o+2e - —2k+2oh - +h 2
阳极:2oh - —h 2 o+0.5o 2 +2e -
5
热化学循环分解水法
纯水的分解温度要高达4000℃以上,热化学循环分解水制氢就是在降低这一温度的条件下促使水分解,生产氢气和氧气。
但是没有真正可以规模生产，实现现实社会生产力的方法。代替常规能源的制氢工艺并不成熟，也没有很好的成功实例。当代工业的制氢方法主要有以下三种：(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。用蒸汽和煤作原料的基本反应过程为：
c + h2o co+ h2 （1）
用蒸汽和天然气为原料的基本反应过程：
ch4 + h2o co+ 3h2 （2）
上述反应均为吸热反应，反应过程中所需的热量可以从煤或天然气的部分燃烧中获得，也可利用外部热源[5]。现在氢的制取大都是以天然气为原料，但是天然气和煤炭都是宝贵的燃料和化工原料，其储量有限，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。
（2）电解水制氢。这种方法是基于如下的可逆反应：
2h2o 2h2+ o2 （3）
分解水所需要的能量由外加电能提供。为了提高制氢效率，电解通常在高压下进行，采用的压力多为3-5mpa。目前电解效率约为50%-70%[5]。由于电解水的效率不高目前需消耗大量的电能，因此利用常规能源生产电能来大规模的电解水制氢显然也是不合算的。
(3) 热化学制氢。这种方法是通过外加高温使水起化学分解反应来获取氢气。到目前为止虽有多种热化学制氢方法，但总效率都不高，仅为20%-50%，而且还有许多工艺问题需要解决。依靠这种方法来大规模制氢还有待进一步研究。
2.1.2 生物制氢
(1) 微生物制氢。利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可制得氢气。近年来，已查明在常温常压下以含氢元素物质包括植物淀粉、纤维素、糖等有机物和水进行生物酶催化反应来制得氢气的微生物可分为5类：异养型厌氧菌、固氮菌、光合厌氧细菌、蓝细胞和真核藻类。其中蓝细胞和真核藻类产氢所利用的氢源是水；异养型厌氧菌、固氮菌、光合厌氧细菌所利用的氢源是有机物。按氢能转化的能量来源来分，异养型厌氧菌，固氮菌依靠分解有机物产生atp来产氢；而真核藻类、蓝细胞、光合厌氧细菌则能通光合作用将太能转化为氢能[6]。近年来发现有30种化能异养菌可以发酵糖类、醇类、有机酸等产生氢气，其中有些细菌产氢气能力较强，发酵1g的葡萄糖可以产生约0.5l的氢气，葡萄糖总利用率达65%以上；而天然产氢的光合细菌据报道也有十几种之多，其中也有些细菌产氢气能力较强。
日本北里大学研究人员以各种生活垃圾，如剩菜肉骨等经处理后作为生产氢的原料，借助3种微生物[6]，丁酸梭菌(clostridium butyricum)、产气肠杆菌(enterobacter aerogenes)和麦芽糖假丝酵母(candida maltose)在36oc混和发酵废弃有机物48小时，平均产氢量为15,145 ml。这3种菌有协同产氢效应，即产气肠杆菌起主导作用，而另2种菌起协同作用，使代谢产物不易积累，为彼此创造生存环境。由此可见，选择混和菌制氢，利用其互补性，创造互为有利的生态条件，是一条可取的微生物制氢途径。但是，对产氢细胞，不论是游离细胞或是固定化细胞，发酵生产氢所需的复杂的生态条件因素不可忽视。
（2） 光合细菌利用有机废水和活性污泥制氢。2000年1月，我国以厌氧活性污泥和有机质废水为生产原料的有机废水发酵法生物制氢技术在哈尔滨工业大学通过中试研究验证，该项研究在国内外首创并实现了中试规模连续非固定化菌种长期持续生物制氢技术，并实现了中试规模连续流长期持续产氢[8]。是生物制氢领域的一项重大突破，其成果国际领先。该技术突破了生物制氢技术必须采用纯菌种和固定技术的局限，开创了利用非固定化菌种生产氢气的新途径。试验表明，在一个容积为50 m3的容器中，含糖或植物纤维的废水发酵后，每天能产生280 m3左右的氢气，纯度达99%以上，产氢能力大大加强，氢气产率比国外同类的实验研究水平高10倍，生产成本约为目前采用的电解水法制氢成本的1/2。这一开创性成果利用淀粉厂，食品厂等含高碳水化合物的工厂废水发酵制氢，具有广阔的应用前景和较好的环境效益、经济效益和社会效益。
在国外，采用活力强的产气夹膜杆菌，在容积为10l的发酵器中，经8h发酵作用后，产氢气约45 l，最大产氢气速度为18-23 l/h；泰国的watan-abed在曼谷分离的rhodobacter sphaeroides b6以乳酸为底物，1g干菌体产氢能力62.5ml /h，转化率达68. 8 %。 [7－9]。
（3）生物质制氢。生物质包括高等植物，农作物及秸秆，藻类及水生植物等。利用生物质制氢是指用某种化学或物理方式把生物质转化成氢气的过程。降低生物制氢成本的有效方法是应用廉价的原料，常用的有富含有机物的有机废水，城市垃圾等。利用生物质制氢同样能够大大降低生产成本，而且能够改善自然界的物质循环，很好地保护生态环境[9]。
通过陆地和海洋中的光合作用每年地球上所产生物量中约含3×1021 j的能量，是全世界人类每年消耗量的10倍。就纤维素类生物质而言，我国 农村 可供利用的农作物秸秆达5亿至6亿吨。相当于2亿多吨标准煤。林产加工废料约为300多万吨。此外还有1万吨左右的甘蔗渣。这些生物质资源中，有16%-38%是作为垃圾处理的，其余部分的利用也多处于低级水平，如造成环境污染的随意焚烧、采用热效率仅约为1%的直接燃烧方法等。
开发生物质制氢技术将是解决上述问题的一条很好途径，生物质制氢包括两种方法：
= 1 \* gb3 ①生物转化制氢法：以秸秆为例，秸秆主要由纤维素，半纤维素和木质素通过复杂的方式连接形成，这3种物质的基本成分都是小分子糖类。但由于天然纤维素的结晶结构十分复杂，难以降解，因而很难被微生物所利用。发酵方式采用压力脉动固态发酵法，能够充分利用原料且大大降低废水排放量，在环境保护方面具有极大的优势，为生物质制氢技术开辟了新途径。
= 2 \* gb3 ②生物质气化法：将生物质通过热化学转化方式转化为高品位的气体燃气或合成气，产品气主要是h2 、co、少量co2、水和烃。相对来说，生物质气化技术已比较完善，但存在着制取成本高，气体净化难，副产物多污染环境等缺点，还有待工艺的进一步改进。
从国内外生物制氢技术的研究现状看，虽然利用生物产氢目前尚处于研究探索或小规模试产阶段，离大规模工业化生产尚有不小距离。但是，有关这方面的研究进展，展现了利用生物生产清洁燃料氢气的广阔前景。在探索利用生物生产氢气的道路上，需要不断寻找产氢气能力高的各种微生物，深入研究生物产氢的原理和条件，完成天然菌种的人工训化，在此基础上，设计出相应的大规模生产装置系统，推进生物制氢工业化革命的到来[7－9]。
2. 2 氢气的储备技术进展 2.2.1 金属及其氧化物系列储氢材料
储氢技术是氢能利用走向实用化、规模化的关键。金属储氢材料通常由一种吸氢元素或与氢有很强亲和力的元素和另一种吸氢量小或根本不吸氢的元素共同组成。
镁系合金有很高的储氢密度，但放氢温度高，吸放氢速度慢，因此研究镁系合金在储氢过程中的关键问题，可能是解决氢能规模储运的重要途径。因此对金属mg表面催化改性引起了研究者的兴趣。近年来，有人利用射频喷溅方法制备了pd包覆的纳米结构的多层mg薄膜，并对储氢性质进行了研究。结果显示，在100oc, 0.1m pa氢气压力条件下，氢的吸附量约为5wt% ，薄膜在100oc真空的条件下释放出全部的氢。2006年，au[14]报道了四氢呋喃处理的镁的氢化-脱氢性质，并且考察了样品的电力能态、晶格结构和微观形貌。研究表明四氢呋喃处理的镁在100oc, 3.5m pa条件下吸附了6.3w t%的氢，同时四氢吠喃的处理改善了镁吸附-脱附氢的动力学，在623 k具有较理想的反应速率[5,11,12]。
fe3o4与fe的可逆氧化还原是储氢和放氢的反应模板。氢以金属铁的形式储存起来，然后与h2o反应释放，具体过程如方程式所示[15] fe3o4 + 4h2 3 fe + 4h2o (4)
3 fe + 4h2o fe3o4 + h2 (5)
通常的四氧化三铁粉末由于较低的表面积，在低于400oc时不能有效地与h2或h2o发生氧化还原反应。 wang[15]等人研究了钢铁公司的含铁烟气灰尘feox，实验证明改进的feox通过氧化还原反应可以化学储氢并能直接为pefc提供纯氢。feo x的改进是通过浸渍法将cr，al， zn， mo，mo-al， mo-ti， mo-zn， mo-cr，mo-ni，mo-cu等离子作为添加剂加入，在提高h2的产生速率和氧化还原循环稳定性方面，mo是最有效的元素，它以2feo.moo2合成物的形式存在。
2.2.2 氢配位-化学氢化物储氢材料
libh4由于具有非常高的储氢量，成为储氢体系最有吸引力的候选材料，理论上通过反应（6）可以脱附13. 5 wt%的氢。
libh4 shape \* mergeformat lih + b + 3/2h2 （6）
由于libh4脱附氢的焓变约为-70 kj/mol，实际应用过于稳定。不能有效、可逆吸附-脱附氢。因此，改变libh4的热力学稳定性，降低脱氢温度（低于100 0c)成为目前研究的焦点。2006年，有报道用libh4 +0.2mgcl2+0. 1ticl3材料作为稳定剂来降低脱氢温度，改善吸附-脱附的可逆性很有效，在60oc脱附5 w t%的氢。目前在60oc和70 bar条件下可以吸附4.5 w t％的氢 [16]。
四方晶体结构的naalh4，是另一种有前途的储氢材料。naalh4的储氢量约为5 . 6 w t% , naalh4的脱氢过程是根据下面的化学反应(7)、 (8)进行的：
3naalh4 naalh6 + 2al + 3h2 （7）
na3alh6 3nah + al + 3/2h2 （8）
2.2.3 碳系列储氢材料
对碳系列储氢材料的研究是近些年兴起的一个热门课题。大家知道，由于碳的多孔结构和碳原子对气体分子的特殊吸引作用，碳对几乎所有的气体都存在或大或小的吸附作用。所以把它作为一种储氢材料来研究也就是 自然 而然的事。目前对碳系列储氢材料的研究主要是集中在石墨、活性碳、纳米碳管和纳米碳纤维等方面，纳米碳管和纳米碳纤维之所以成为一种热门的储氢材料，一是它们的储氢量大，一般也达到10wt%，有的甚至达到60wt%以上。但此前曾有 科学 工作者对此进行检验，却以失败告终，然其储氢量比储氢合金高却是不争的事实。
近年来，纳米碳在储氢方面已表现出优异的性能，清华大学碳纳米材料研究小组发现一种经处理后表现出显著储氢性能的碳纳米管，它有望作为新的清洁能源成为氢能电池的制造材料。该研究小组的科技人员对定向碳纳米管的电化学储氢特性进行了系统研究，发现这种碳纳米管具有许多全新的力学、电学、热学和光学性能，尤其是将它混以铜粉后表现出的很高的储氢性能。他们将碳纳米管制成电极，进行随流充放电电化学实验，结果表明，混铜粉定向多壁碳纳米管电极的储氢量是石墨电极的10倍，是非定向电极的13倍，比电容量高达1,625mah/s，对应储氢量为5.7%(质量分数)，具有优异的电化学储氢性能。已经接近美国能源部对车用储氢技术制定的标准对储氢材料的重量和储氢密度的要求[11、12]。
目前用于储氢研究的无机材料有10种以上，除了以上介绍的，还有金属硫化物储氢材料储、金属-c-h体系、金属-n-h体系储氢材料、碳基储氢材料和氨基硼烷、氮化硼纳米管、碳化硅纳米管等。在研究过程中，纳米技术、掺杂催化技术以及氧化还原理论的应用，使材料的储氢研究得到了长足 发展 ，缩短了与应用要求的距离。从目前的研究结果来看，对于无机储氢材料，多组分材料的储氢研究是较好的研究方向，因为很难找到一种物质既有较大的储氢量(大于6 w t% )，在低温（低于100℃)下又有较好的动力学性质，同时还兼具能够反复吸氢-脱氢的循环稳定性。因此对照世界能源署或美国能源部的标准，进一步开发多组分复合材料，同时研究该材料的热力学性质及其与氢气的分了反应动力学，对拓展储氢的理论研究和实际应用具有重要意义[12—16]。
3 结 语
国际能源界预测，21世纪人类社会将告别化石能源，进入氢能 经济 时代。纵观世界能源发展战略，专家们认为，氢将在2050年前取代石油而成为主要能源，人类将进入完全的氢经济社会。
当前我国经济持续高速增长，能源需求量持续上涨，能源战略储备严重低下，国际石油市场的波动已经对我国经济社会发展产生明显影响，由此而产生的矛盾已经成为遏制我国长期健康可持续发展的战略瓶颈。率先全面启动氢经济是我国取得长期战略优势的关键。因此，集中优势力量发展清洁高效的氢能源也许是我国抢先进入氢经济，摆脱百年来科技和战略落后，走可持续健康发展的最佳切入点。
节能减排，保护环境是人类实现可持续发展的迫切要求，而清洁能源的开发及利用，是一种切实可行的道路，以氢能经济为主的 工业 经济模式将在可期的未来，给人类生活带来巨大变革。氢能研究的舞台是广阔的，研究开发氢能将大有作为。.
参考 文献
[1] 我国生物制氢技术世界领先[j]. 深冷技术 , 2000,(02)
[2] 刘江华, 方新湘, 周华. 我国氢能源开发与生物制氢研究现状[j]. 新疆农业科学 , 2004,(s1)
[3] 尤希凤, 郭新勇. 生物制氢技术的研究现状及发展趋势[j]. 河南化工 , 2003,(10)
[4] 新世纪的新能源[j]. 今日 电子 , 2007,(06)
[5] 刘江华. 氢能源-未来的绿色能源[j]. 新疆石油科技 , 2007,(01)
[6] 朱核光.生物产氢技术研究进展[j ].应用环境生物学报2002, 8 (1):98-104
[7] 席德力.清洁生产[m].重庆:重庆大学出版社，1995，136-137
[8] 新世纪的新能源[j]. 今日电子 , 2007,(06)
[9] 牛松森等.发展新能源的新趋势:开发煤层气[j].山东环境，2002, (2):20-25
[10] 土恒秀，李莉，李晋鲁等.一种新型制氢技术[j].化工进展，2001, (7):12-15
[11] 潘健民, 魏运洋, 李永峰, 徐菁利. 氢能的重要性和制氢方法浅析[j]. 环境保护 , 2008,(18)
[12] 氢能:新型的含能体能源[j]. 中国 新技术新产品 , 2008,(11)
[13] otsuka k,takenaka s.storage and supply of pure hydrogen mediated by the redox of iron oxides. [j ] jpn pet inst, 2004, 47(6):377-386
[14] au m. the influence of tetrahydrofuran treatment on storage properties of the magnesium. [j] mater sci, 2006, 41: 5976 -5980
氢能源范文2
【关键词】氢能；制备技术；储运方法
1.氢能的特点与用途
在现代工业中 ，氢能被公认为人类未来的理想能源。氢具有高挥发性、高能量，是能源载体和燃料；氢不但燃烧放出的热量多，而且燃烧产物是水，不污染环境；同时，氢制备的原料是水资源不受限制。另外，氢气是活性气体催化剂，可以与空气混合方式加入催化燃烧所有固体、液体、气体燃料。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。现代工业中每年用氢量为5500亿立方米，氢气与其他物质一起用来制造氨水和化肥，同时也应用到汽油精炼工艺、玻璃磨光、黄金焊接、气象气球探测及食品工业中。液态氢可以 作为火箭燃料，因为氢的液化温度在-253度c.氢能被提上人类未来能源的议程是大势所趋。众所周知，当今世界为了解决能源短缺、环境污染日益严重和经济持续发展等问题，洁净的新能源和可再生能源的开发已是迫在眉睫。对我国来说，交通运输的能耗所占比重愈来愈大。与此同时，汽车尾气污染已成为大气污染特别是城市大气污染的最重要因素。然而，用氢作为汽车燃料，不仅干净在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4%的氢气，用它作为汽车发动机燃料，就可省油40%，而且无需对汽油发动机作多大的改进。
另外，氢能在其它方面也得到广泛应用。近年来由沃克能源公司研究的一种水燃料氢氧机实现了在碳钢领域的应用，这种水燃料氢氧机设备以水能源产生氢氧燃料，取代了液化气、丙烷、乙炔燃气。与乙炔相比，节省成本40%以上。氢氧焰切割不挂渣，切割速度快10%。氢能作为一种洁净的再生能源，同时又具有可储可输的特点，从长远看，它的发展可能带来结构的重大改变，而在目前它是一种理想的低污染或零污染的车用能源。因此，氢能作为解决当前人类所面临困境的新能源，具有广阔的应用前景。
2.氢能的制备技术
经过长期研究，目前我国氢能源的制备技术有以下几种类型：化石燃料制氢；电解水制氢；光解水制氢；生物制氢；生物降解及模拟氢化酶制氢。
2.1化石燃料制氢
从含烃的化石燃料中制氢，这是过去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%都是以天然气为原料，天然气和煤都是宝贵的燃料和化工原料，其储量有限、且制氢过程会对环境造成污染，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。
2.2电解水制氢
这种方法是基于氢氧可逆反应分解水来实现的。为了提高制氢效率，电解通常在高压下进行，采用的压力多为3.0-5.0MPa.目前电解效率为50%-70%。由于电解水的效率不高，且需消耗大量的电能，因此利用常规能源生产的电能来进行大规模的电解水制氢显然是不合算的。
2.3生物制氢
生物制氢是以生物活性酶为催化剂，利用含氢有机物和水将生物能和太阳能转化为高能量密度的氢气。与传统制氢工业相比，生物制氢技术的优势体现在：所使用的原料极为广泛且成本低廉，完全脱离了常规的化石原料，可实现零排放。发展生物制氢技术符合国家对环保和能源发展的中、长期政策，前景光明。
3.氢的储运
3.1储氢材料的研究进展情况
储氢材料的开发是解决氢能应用中氢存储技术难题的关键。储氢材料按氢结合的方式，可分为化学储氢（如储氢合金，配位氢化物，氨基化合物，有机液体等）和物理储氢（如碳基材料，金属有基框架材料MOF等。）
化学储氢：（1）储氢合金材料是指在一定温度和氢气压力下，能可逆的大量吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。由于其储氢量大、无污染、安全可靠，并且制备技术和工艺相对成熟，所以是目前应用最为广泛的储氢材料。储氢合金主要分为：镁系A2B型，稀土系AB5型，钛系AB型和锆系AB2型四大系列。（2）配位氢化物是以NaAIH4和LiBH4为代表的一系列轻金属的铝氢化物和硼氢化物，这类化合物具有很高的理论储氢容量（LiBH4的理论储氢量为18wt%），但合成比较困难。值的注意的是u，最近金属硼氢化物正掀起一阵研究热潮。（3）氨基化合物储氢体系是近年来的研究热点。其中Li-N-H和Li-Mq-N-H体系的制备、性能、反应机理尤为受到关注。该体系储氢量高，使用条件相对温和。许多体系尚未开发，机理有待完善，具有开发的潜力。该体系存在两大问题：一是低温下吸放氢动力学性能差，再吸氢温度过高，可逆性差，一是反应过程中NH，是否存在的反应机理问题存在争议。（4）有机液体材料储氢是利用该类物质的不饱和键与氢原子间，在一定条件下发生一对互逆反应来完成的，即加氢和脱氢反应。通过加氢反应来实现储氢过程。
物理储氢：（1）近年来，由于纳米材料制备技术的快速发展，碳及纳米碳储氢成为储氢材料的焦点。其中活性碳（AC）以其吸附能力达、表面活性高、比表面积大、循环使用寿命长、易实现规模化生产等优点成为一种独特的多功能吸附剂。与其它储氢技术相比，超级活性碳储氢具有经济、储氢量高、解吸快、循环使用寿命长和容易实现规模化生产等优点，是一种颇具潜力的储氢方法。（2）石墨纳米纤维是一种截面呈十字型，面积为0.3-5mm，长度10-100m之间的石墨材料，它的储氢能力取决了其纤维结构的独特排布。氢气在碳纳米管中的吸附储存机理比较复杂。根据吸附过程中吸附质与吸附剂分子之间相互作用的区别，以及吸附质状态的变化，可分为物理吸附和化学吸附。碳纳米管可以分为单壁碳纳米管（SWT）和多壁碳纳米管（MWNT）两种。
氢能源范文3
为进一步促进我区氢能源汽车产业发展，加快要素集聚，强化企业培育，提升科技创新，扩大示范应用，推动武汉“车都”转型升级，是我局今年必须开展的一项重点工作。我局把“完成氢能源公交车采购工作，力争打造一条氢能源公交示范线路”作为推进氢能源汽车产业发展，是我局今年重点工作目标。紧紧围绕这个目标，做了一些有效的工作。现将主要工作开展情况汇报如下：
一、基本现状
氢能源汽车产业是近几年来的一个新兴产业，氢能源汽车外观日益优美，功率有效增强，价格成本下降幅度较大，发展前景广阔。发展氢能源汽车产业是改善我区能源结构，提升我区城市品质，増强我区经济发展后劲的强大动能。前期我区氢能源公交车运营，并配套建设了一个氢能加气站。十堰燃气爆炸事故发生后，出于安全考虑，目前氢能源公交车已全部停运。
二、主要工作推进情况
1、加强组织领导。采购氢能源公交车，是年初确定的一项重要工作。为确保氢能源公交车辆采购工作顺利推进，相关科室和二级单位主要负责人为成员的采购工作领导小组。
2、科学制定采购方案。根据氢能推广应用工作专题会议精神，结合氢能源汽车产业推广应用等实际情况，制定氢能源公交车采购工作方案，拟定了氢能源公交车的采购标准、选型、单车价位区间、配套需求等有关重要事项。确保方案科学、规整、操作性强。
3、积极对接工作。氢能源公交车的采购工作涉及到区经信
局、区财政局、公交公司及车辆制造企业等相关单位和部门。期间，我局先后多次与上述单位对接、沟通与协调工作，协商解决问题，形成一致意见。期间，我局会同经信局对氢能源汽车市场价格进行了详细考察与摸底，基本掌握了氢能源汽车市场价格行情。
由于目前暂时没有购买氢能源公交车的国家补贴和地方补贴，我区需全额采购。
4、采购工作进入招标阶段。按照采购工作规程，已公开
面向氢能源汽车生产商进行招标，目前采购工作已进入实质招标阶段。
5、制定氢能源公交车示范线路运行方案。目前，市公交集团
已完成了运行方案（初稿）的制定工作，并广泛征求意见与建议，使之更加合理与完善。
二、存在的问题
1、目前我区正在运行的氢能源公交车处于停运状态，
（十堰燃气爆炸事故发生后，出于安全考虑，目前21台氢能源公交车已全部停运）。
2、氢能源车钢瓶检测存在问题，武汉没有专业的检测机构，氢能源车维修保养场地待建。
3、氢能源虽是清洁型能源，但氢能源公交车前期的采购费用
大，后期的运营、维护成本也很高，打造一条氢能源公交示范线路，需要投入巨额资金。
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【关键词】氢能利用 混氢燃料 制氢 储氢
1 引言
煤与石油是地球上储量有限且不可再生的碳氢有机资源，更应当留作石油化工原料为子孙后代造福。当做燃料烧掉太可惜了。据统计，2009的世界石油剩余探明储量约1800亿吨。可开采储量按1000亿吨计算，世界年消耗石油按20亿吨算，世界石油最多仅够用50年。有报道称世界石油储量疑被夸大，专家预测40年后全球石油枯竭。如果石油耗竭，人类建立在石油文明基础上的物质文明将遭受釜底抽薪式的重创。现在廉价的化纤、塑料、农药等生产、生活物资的供应基础不复存在，生产、生活成本必将猛增，经济结构必将发生重大变化。人类不能杀鸡取卵式地破坏地球攫取日益昂贵稀缺的资源。改变现有石油消费结构（据报道现有石油消费的近80%用于燃料），开发新能源势在必行。
从上世纪70年代起，人们开始将氢气看成化石燃料的替代品并对其寄予厚望。同化石燃料相比：氢气有着丰富的来源，地球上的水可谓取之不尽；氢气的质量更轻，氢气是世界上已知的最轻的气体。它的密度非常小，只有空气的1/14，即在标准大气压，0℃下，氢气的密度为0.0899g/L；氢气燃烧后得到的产物是水，不会产生温室气体和其它有害污染物；氢燃烧的热值高居各种燃料之冠，据测定，1千克氢可以代替3千克煤油。
要使氢气作为燃料替代汽油，面临着两大难题，一是如何更经济地获得，二是如何安全且密集地存储。
2 制氢技术
氢气的制取，除了从富氢混合气中进行氢气的富集纯化外，必定要从富含氢元素的化合物中制取。规模性制氢技术按原料分主要有：水分解制氢、矿物燃料制氢、生物质制氢、硫化氢分解制氢。水分解制氢以电解制氢为主，所需电能可以有多种来源，除燃煤火力发电外，还有水利发电，风力发电、太阳能发电、核能发电等等。矿物燃料制氢包括以煤为原料制取焦炉煤气或加水转化为水煤气，以天然气为原料进行水蒸气转化。生物质制氢包括生物质原料如薪柴、锯末、稻草等的裂解转化生产水煤气，以及生物质原料的发酵制氢。硫化氢分解制氢是为开发富含硫化氢的气体矿而研究的。
可见，水是地球赋予人类的取之不尽的氢矿。水电解制氢，按照产生1kg氢气需耗电50kw.h（度），约25元人民币计算，当汽油价格超过每升8元人民币时，水电解制氢就具有经济竞争力。
与制氢技术相比，储氢技术更具难度和挑战性，是目前影响氢能应用的主要技术障碍。
3 储氢技术
常规来说，将气体压缩储存在钢瓶里并非难事。但如要达到一定的储氢密度，则必须采取先进技术手段。例如，使用水容积40L的钢瓶在15MPa下储存氢气，这样的钢瓶只能储存6 m3标准氢气，大约0.5kg氢气，仅够一般轿车行驶20多公里。这样的常规储氢钢瓶的质量储氢密度不到1%，体积储氢密度仅仅13kg/m3，离美国能源部提出的储氢系统的要求（质量储氢密度应达6.5%，或单位体积储氢密度应达62kg/ m3）相差甚远。而国际权威机构则希望到2015年储氢标准提高到：质量储氢密度达9%，或单位体积储氢密度应达80kg/m3。（注：单位体积储氢密度应达62kg/m3的技术要求相当于将标态（1atm，0℃）下62×1000÷2×0.0224=694.4 m3的氢气压缩到1 m3的空间内，根据理想气体状态方程，气瓶压力要加到约700个大气压才行。）从气瓶的承压能力、氢气的扩散泄漏、安全性等多方面考虑，要达到美国能源部提出的储氢系统的要求是非常困难的。
目前，储氢技术可分为气氢储存技术、液氢储存技术和固体储氢技术。其中固体储氢技术包括无机氢化物、金属合金、活性炭、有机化合物、有机液体等储氢材料对氢的吸收、储存和释放氢气性能的研究，是近年来的研究热点。
研究储氢技术是为了更好地利用氢能源，而能源利用的重要方面是机动车的动力燃料供应。既然要作为燃料烧掉，则不必太介意氢气的纯度，混氢燃料具有较好开发前景。
4 混氢燃料
混氢燃料是指在常规燃料（汽油、柴油、燃气）中混入少量氢气，由于氢的特殊的能源特性，可使混氢燃料的各种性能大为改观。氢气可以以任意比例混入燃气中，但是，汽油、柴油中常温下可以混入氢气的量是极其有限的，混氢体积百分数不超过8%。
含氧有机化合物的吸氢性能有待开发。含氧有机化合物及聚合物，比如聚醇、聚醚、纤维素等燃烧后只产生二氧化碳和水，如能开发为流体高混氢燃料，吸氢后不必将氢气解析，直接用于发动机燃烧，将有助于打开氢能利用的新局面。
绿色植物的光合作用（将二氧化碳和水固定，生成有机质并释放氧气） 启示我们，选择合适的催化剂，利用二氧化碳将氢气固定，也可能成为氢能利用的突破口，一方面通过二氧化碳对氢气的固定使氢气得以高密度储存并使氢气的不安全因素得以改观，一方面使二氧化碳得以循环利用。
5 氢气的安全性及开发
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2015年，日本政府提出要建设“氢能社会”，更要将2020年的东京奥运会打造成一场“氢能盛事”。究其原因，日本政府无疑是看中了氢能的诸多固有优势：来源丰富、环境友好、用途广泛、可与电能相互转换等。
实际上，美国等发达国家要发展氢能的声音一直不绝于耳。美国通用汽车公司早在1974年就提出要构建“氢经济社会”。2003年，美国时任总统小布什也曾启动过燃料电池汽车项目。然而，打造“氢能社会”并非易事，成本高、清洁性存疑等问题一度迫使该愿景化为泡影。如今，日本政府“旧事重提”的底气到底从何而来？
氢能推广为何这么难？ 东京2016“环保产品・环境与能源的未来展”上拍摄的丰田公司氢能源汽车Mirai的剖面结构。
目前，日本政府正联合相关企业共同推动“氢能社会”计划，其终极目标是让氢能成为国内交通工具乃至家用设备的主要能源。
在交通领域，日本政府尤其看中了燃料电池汽车的应用潜力。日本政府希望到2020年东京奥运会举办之际，场馆间负责接送运动员和观众的摆渡车可以全部使用燃料电池。燃料电池是通过氢氧化学反应产生电能的发电装置，加注氢气是关键环节之一。为此，日本政府正联合丰田和工业燃气巨头岩谷产业公司等，计划到2020年在本国建设完成35座加氢站。
其实，日本并不是第一个倡导氢能的国家。2003年，时任美国总统小布什就在国内发起过“自由车倡议”（FreedomCAR Initiative），其重点即为资助汽车氢动力领域的研究与实践，摆脱美国能源受制于人的困境。小布什政府为此甚至不惜动用联邦政府权力阻止加州推广纯电动车的计划。
不过，氢能计划的推广并非一帆风顺。美国的“自由车倡议”曾受到过诸多批评，而在奥巴马当政时期，美国政府甚至选择了另起炉灶，逐步将重点转向其他可再生能源领域的开发和推广，氢能计划几乎搁浅。
另外，加拿大政府也曾在2010年大力推动过氢能发展，还专门为温哥华冬奥会启用了一批氢能公交车。可由于运营成本太高，这些公交车已被悄然封存。
在我国，氢燃料汽车曾在北京奥运会和上海世博会上进行了规模示范，但其后氢能应用实践便走向低迷。
总的来看，各国氢能计划触礁的原因主要源自两点：
一是成本问题。这一直是阻碍其推广使用的最大掣肘。无论是氢气的生产和储运环节，亦或是氢能相关设备建设，成本几乎都高于传统能源。特斯拉的创始人伊隆・马斯克（Elon Musk）曾在2015年举行的世界汽车业新闻大会上指出，氢气不可以直接作为燃料使用，而复杂的制氢过程则是得不偿失的选择。
此外，建设氢气储存设备也是一笔不小的开销。例如，2014年，日本对国内所有加氢站的补贴总额达到了72亿日元，约合6000万美元。
二是清洁问题。哈佛大学教授大卫・基思（David Keith）及其研究团队曾发文质疑氢能对环境的影响。大卫・基思认为，和电能一样，生a氢能也是需要能源的，而氢能的环保与否完全取决于制氢方式。
从日本政府推动氢能的路线图来看，氢能将主要依赖进口。其中一种可能性就是在澳大利亚以煤制氢，然后再将氢气运至日本。显然，这一方法虽然有利于改善日本本土的空气质量，但对于全球减排事业而言却很难产生积极作用。而在早前的2010年，加拿大政府为了在温哥华冬奥会上推广氢动力公共交通工具，决定在魁北克完成制氢工作，之后再将氢气运往温哥华供汽车使用。
无论是从澳大利亚到东京，还是从魁北克到温哥华，在长途运输过程中都难免产生二氧化碳排放量，而这无疑会抵消氢能源清洁环保的优势。此外，由于氢气必须储存在高压或低温环境下，苛刻的储氢条件也伴随着高能耗。
为未来投资
虽然美国等发达经济体的“氢能计划”曾一度频临破产，但自2014年以来，各国构建“氢能社会”的愿景却呈现出卷土重来的态势。
政府层面，日本无疑是当今全球最为积极的推动者。日本经济产业省下设的资源能源厅于2014年《氢能与燃料电池战略路线图》，为该领域的发展制定了“三步走”计划，并提出到2030年，日本的氢能相关产业要达到1万亿日元（约合88亿美元）的规模。
美国政府也开始从国家层面重拾十四年前的氢能计划。2015年底，美国能源局向美国国会提交了《2015年美国燃料电池和氢能技术发展报告》，肯定了未来氢能市场的发展潜力，并决定投资3000万美元用于发展先进氢能与燃料电池技术。
在我国，《中国制造2025》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》等明确提出，要系统推进燃料电池汽车的研发与产业化。
从市场实践层面来看，汽车产业成为全球氢能技术应用领域的“领头羊”。2015年初，全球第一款量产的氢燃料电池汽车――丰田Mirai于日本正式上市，并于同年敲开了美国汽车市场的大门。
事实上，各国选择重启氢能计划的主要原因在于，随着技术研发领域不断取得重大进展，当初困扰各国政府有关氢能使用成本和清洁性的问题正在逐步得到解决。美国能源部燃料电池技术办公室提供的数据显示，与2006年相比，如今燃料电池的成本降低了50%以上，而电池的耐久性却翻了两番。
另一方面，制氢技术的不断更新正在改变“氢能不环保”的局面。例如，日本大阪市立大学和富士化工目前已经联合开发出利用废纸屑等垃圾、通过光合作用制氢的技术。
此外，从日本政府打造“氢能社会”的路线和经验来看，扩大产业规模、加快产品投入市场被放在了与技术攻关几乎同等重要的位置上。日本政府相信，只有通过规模化生产和尽早经受市场检验，才能不断降低相关技术成本，并培育民众对于氢能的使用习惯。例如，日本政府计划在2030年之前将国内的燃料电池汽车增加到80万辆;早在2009年，日本就通过政府为使用者提供大量补贴，将家用燃料电池系统引入市场。
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【关键词】煤制氢 工艺技术 发展展望
一、引言
随着科学技术的迅速发展，炼厂对氢气工业的稳定性要求越来越严格，炼厂建设煤制氢装置时，首先应确保装置的稳定性，确保原料性质和数量的稳定供应，同时选择成熟可靠的气化技术。目前，制氢技术包括炼厂废氢回收；烃类蒸汽转化制氢；以及非催化部分氧化制氢。其中，烃类蒸汽转化制氢工艺的优点是技术成熟，原料清洁环保，设备可靠，投资不高，装置可实现长周期运行。而相对的缺点是炼油厂烃类气体量受限制，天然气价格昂贵，氢气成本高。因此，煤制取氢气其最大的优点就是技术日臻成熟，原料成本低，装置规模大。但是由于现代技术的局限性，煤制氢还有以下缺点：其设备结构复杂、运转周期相对短、投资高、配套装置多。因此，随着我国能源的越来越匮乏以及生态环境的破坏，针对煤制氢工艺技术需要我们对此做深一步的研究和发展展望。
二、发展煤制氢工艺技术的重要性
煤制氢工艺主要包括两种发展技术，一是煤气化技术，其二是煤焦化技术，其中煤气化技术是发展最久、使用最广的一种制氢技术，迄今为止，已有100年多的发展历史，煤制氢是煤炭净化转化的最关键核心技术。在我国大约有6000万吨的煤炭应用于煤气化中，既解决了我国煤炭的环境污染，又为我国氢能的来源发展新的方向。由于在我国化石能源的随意开采，已经造成严重威胁着人类的身体健康以及生态环境的破坏，因此，在我国走可持续发展的道路的同时，必须寻找新的、安全、可靠、清洁的可持续发展能源，而氢能不仅是所有能源的根本，也满足于我国对环境、资源和可持续发展要求。由于我国是一个石油短缺的国家，煤制氢势必成为我国炼厂制氢的重要发展方向。
三、现代技术对煤制氢工艺技术的发展
在工业聚烯烃生产中，氢气通常用来作为聚合物相对质量的调节剂。此外，据研究表明，氢气还能使催化剂的活性改变，对于不同的反应体系，氢气的加入可以使聚合速度降低或者提高。氢气的来源主要有电解水制氢，水煤气法制氢，由石油热裂的合成气和天然气制氢，电解食盐水副产氢，酿造工业副产等。常规的煤制氢的技术路线基本分三步，首先是以无烟煤或焦炭为原料制成水煤气（C+H2OCO+H2），其次CO的转化反应，将CO转化成二氧化碳（CO+H2OCO2+H2），最后是氢气的提纯，将含氢量在80%以上的气体，压入水中溶去CO2，再通过含氨乙酸亚铜的溶液除去残存的CO而得较纯的氢气。
在我国，广东茂名石化油品质量升级改造工程的配套项目20万标立方米/小时煤制氢成功生产出合格氢气，标志着这套目前国内单产能力最大的煤制氢装置投产成功。至此，茂名石化油品质量升级改造工程全面建成投用。这套煤制氢装置主要包括水煤浆气化装置、合成气净化装置以及配套设施。以煤、纯氧以及炼厂副产的高硫石油焦为主要原料，每小时可生产出20万标立方米、其纯度达到97.5%以上和4.8兆帕的工业氢气。这套装置广泛使用新技术、新设备、新材料、新工法，装置设备材料国产化率达到99%。该装置主要由水煤浆气化装置、净化装置、空分装置、锅炉及发电、储运系统等组成，其中，主要是水煤浆气化和合成气净化两套工艺装置。该装置投用后，既可满足茂名石化汽柴油质量从国4升级至国5的用氢需求，又可缓解炼油扩能后氢气资源不足的压力，对于我国优化资源、调整结构、绿色生产、节能降耗具有非常重要的战略意义。
四、煤制氢将成为我国炼厂制氢的重要发展方向
由于我国外购天然气制氢的炼厂，天然气价格一般超过3元/立方米，而我国沿海地区使用进口LNG的炼厂，天然气成本高达4元/立方米左右，在此条件下，炼厂以大规模煤气化装置制氢显然更具有实惠和经济性。因此，通过炼厂制氢具有以下四大优势：①生产成本低。以9万Nm3/h制氢规模为例，水煤浆气化和天然气制氢装置投资分别为12.4亿元和6亿元。虽然煤制氢投资高很多，但在氢气价格（成本+10%投资回报）为1.5万元/吨（1.36元/m3）时，对应的煤和天然气成本分别为805元/吨和2.58元/m3，而且还没计算煤制氢副产大量蒸汽的价值。②煤气化装置副产的大量蒸汽，可节省炼厂燃料油。煤气化在生产过程中产出的大量蒸汽，节省出来的燃料油可作为焦化装置原料增产成品油。③廉价的煤制氢可替代干气制氢。节约的干气可用于提取乙烯等化工原料，增加经济效益。④水煤浆气化制氢原料灵活，可接受石油焦和煤在相当宽的比例范围内混合进料。在煤价高而石油焦价格低的时候，解决石油焦销路问题；而煤价低，石油焦市场价格高的情况下，可全部气化煤，以实现效益最大化。综上所述，煤制氢在炼厂正在取得越来越广泛的应用并逐渐的走入商业化应用阶段。
五、总结
目前为止，我国依然是一个发展中国家，发展低碳洁净能源是保证我国经济可持续发展的必然选择。随着科技技术的不断发展，煤制氢工艺技术在我国有着很大的发展前景，同时已在我国各大企业中应用成功。与传统制氢工艺相比，煤制氢工艺技术条件更显成熟，经济成本较为优势，煤制氢的后期发展前景将会迈出新的一个台阶。
参考文献：
[1]谢继东，李文华，陈亚飞.煤制氢技术的初步方案及性能分析[J].洁净煤技术，2011.
