20五月2025第二章

氫能20五月2025第一節(jié)

氫能概述一、氫能簡介

氫是宇宙中最常見的元素，氫及其同位素占到了太陽總質(zhì)量的84%，宇宙質(zhì)量的75%都是氫。氫具有高揮發(fā)性、高能量，是能源載體和燃料，氫能是通過氫氣和氧氣反應(yīng)所產(chǎn)生的能量。氫能是氫的化學(xué)能，氫在地球上主要以化合態(tài)的形式出現(xiàn)，是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì).工業(yè)上生產(chǎn)氫的方式很多，常見的有水電解制氫、煤炭汽化制氫、重油及天然氣水蒸氣催化轉(zhuǎn)化制氫等。20五月2025二、氫能的特點1）所有元素中，氫重量最輕。2）所有氣體中，氫氣的導(dǎo)熱性最好3）氫是自然界存在最普遍的元素，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態(tài)貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。4）除核燃料外氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的5）氫燃燒性能好，點燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍6）氫本身無毒，與其他燃料相比氫燃燒時最清潔7）氫能利用形式多8）氫可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的氫化物出現(xiàn)，能適應(yīng)貯運及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求。20五月2025三、氫能開發(fā)利用的前景

氫能被稱為人類的終極能源。水是氫的大“倉庫”，如把海水中的氫全部提取出來，將是地球上所有化石燃料熱量的9000倍。氫的燃燒效率非常高，只要在汽油中加入4%的氫氣，就可使內(nèi)燃機節(jié)油40%。目前，氫能技術(shù)在美國、日本、歐盟等國家和地區(qū)已進(jìn)入系統(tǒng)實施階段。美國政府已明確提出氫計劃，宣布今后4年政府將撥款17億美元支持氫能開發(fā)。

20五月2025第二節(jié)制氫技術(shù)一、化石燃料制氫技術(shù)

工業(yè)用氫的制備方法主要是化石燃料的熱分解，包括天然氣的重整、碳?xì)浠衔锏牟糠盅趸兔旱钠?，產(chǎn)氫的成本較低。然而，這些技術(shù)嚴(yán)重依賴化石燃料資源且排放二氧化碳。1．煤制氫2．天然氣制氫20五月2025二、電解水制氫

這種方法是基于氫氧可逆反應(yīng)分解水來實現(xiàn)的。多采用鐵為陰極面，鎳為陽極面的串聯(lián)電解槽（外形似壓濾機）來電解苛性鉀或苛性鈉的水溶液。陽極出氧氣，陰極出氫氣。該方法成本較高，但產(chǎn)品純度大，可直接生產(chǎn)99.7%以上純度的氫氣.20五月2025三、生物及生物質(zhì)制氫

生物制氫以生物活性酶為催化劑，利用含氫有機物和水將生物能和太陽能轉(zhuǎn)化為高能量密度的氫氣。與傳統(tǒng)制氫工業(yè)相比，生物制氫技術(shù)所使用的原料極為廣泛且成本低廉，包括一切植物、微生物材料，工業(yè)有機物和水；在生物酶的作用下，反應(yīng)條件為溫和的常溫常壓，操作費用十分低廉；產(chǎn)氫所轉(zhuǎn)化的能量來自生物質(zhì)能和太陽能，完全脫離了常規(guī)的化石燃料；反應(yīng)產(chǎn)物為二氧化碳，氫氣和氧氣，二氧化碳經(jīng)過處理仍是有用的化工產(chǎn)品，可實現(xiàn)零排放的綠色無污染環(huán)保工程。20五月2025四、太陽能光解水制氫

目用太陽能制氫的主要工藝方法有：

利用光伏系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成的電能進(jìn)行電解水制氫。

利用太陽能轉(zhuǎn)換的熱能進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng)循環(huán)制氫。目前用得最多的還是利用光伏系統(tǒng)將太陽能轉(zhuǎn)化成電能，再通過電能來電解水來實現(xiàn)制氫。20五月2025第三節(jié)氫的應(yīng)用一、氫在燃?xì)廨啓C發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用

燃?xì)廨啓C其發(fā)電機的內(nèi)部冷卻是靠內(nèi)部氣體的對流將熱量帶走，由于氫氣的熱傳導(dǎo)系數(shù)和對流系數(shù)都比空氣高，因此能更有效地冷卻發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和定子。而且氫氣分子質(zhì)量較小，在高速旋轉(zhuǎn)時摩擦阻力較小，機械功損耗小，產(chǎn)生的熱量也較少。20五月2025二、氫在內(nèi)燃機中的應(yīng)用

近年，世界各大汽車制造商相繼推出了自己的氫燃料內(nèi)燃機汽車，福特于2001年推出了第一輛氫燃料內(nèi)燃機試驗車，2006年，福特氫燃料V-10發(fā)動機于日本正式投產(chǎn)，作為FordE-450氫燃料Bus的動力。20五月2025三、氫在噴氣發(fā)動機上的應(yīng)用美國NASA的X-43高超音速試驗機20五月2025第四節(jié)氫的安全性一、泄漏性

常溫常壓下氫氣易擴散和泄露，擴散速率為空氣的3.8倍，液氫從高壓儲氫罐中發(fā)生大量泄露時，泄露速度約為天然氣的3倍，但同溫同壓下天然氣的能量密度是氫氣的3倍，導(dǎo)致泄露帶來的能量損失差不多20五月2025二、可燃性

氫氣在空氣中的燃點為574℃，著火燃燒界限為4%～75%，范圍較其他工業(yè)燃?xì)獯螽?dāng)泄露發(fā)生時

氫氣的可燃下限約為汽油的4倍，丙烷的2倍，只比天然氣略大。然而氫氣的燃燒速度是天然氣和汽油的7倍，而且其泄露速度大，因此一旦被點燃，爆炸的危險性較大。20五月2025三、爆炸性

氫氣的爆炸界限為18.3%～59%，其中爆炸下限的氫氣/空氣比為13%～18%，是天然氣的2倍，汽油的12倍。