浅谈氢能源技术优势及发展

2015-02-02蔡立柱王靖雯

中国新技术新产品 2015年3期

蔡立柱　王靖雯　李　涵

浅谈氢能源技术优势及发展

蔡立柱1王靖雯2李涵1

（1．沈阳欧斯盾新材料科技有限公司，辽宁沈阳 110136；2．沈阳大陆激光集团有限公司，辽宁沈阳 110136）

随着世界环境污染的严重以及国际能源局势的紧张，不可再生能源的开采利用已经不能满足未来世界的可持续性发展，所以必须要使用新型环保可再生能源替代传统的石油、天然气等不可再生能源。氢能源属于一种高效清洁环保的能源，所以在全世界范围内对氢能源的开发、研究都十分活跃。就目前我国的现状来讲，对氢能源的开发有着极为重要的价值。对氢气实行大规模的生产制造是氢能源推广应用的保障，同时氢能源的储运也是氢能源应用过程中最为重要的一个环节。

氢能源；技术发展趋势；现状

通常情况下来讲，氢能源的最主要的应用就是氢燃料汽车电池，只有将氢能源与日常生活所用到的一些耗能产品有机的融合在一起，才可以使氢能源实现快速的发展。氢是一种全新的清洁能源的载体，当氢能源发生燃烧反应以后所生成的产物主要是液态的水或者是气态的水，氢能源相对于传统的石油﹑天然气以及甲醇等能源来讲，其获得的渠道更广泛，同时质量轻，能量的密度较高，并且清洁环保，还具有多种多样的储存方式。

1 氢能

氢元素在元素周期表中处于第一的位置，其代表的符号为H。氢是重量最轻，且具有良好导热性以及燃烧性的清洁物质。一般来讲我们将能源分为两大类：第一类是一次能源，这类能源主要是指以自然形态存在的能源，例如，煤炭﹑石油﹑天然气以及风能﹑核能等；第二类能源是二次能源，这类能源主要是指由一次能源加工以后所得到的能源，例如，电能﹑成品油﹑氢能等。二次能源还可以进行进一步分成以下两类：第一类是，过程性能源；第二类是含能体能源。过程性能源应用最多的就是电能，而当前我们所使用的最广泛的含能体能源是成品油。而氢气是目前我们能够在自然界获取的含量最高并且具有很高效的含能体能源，作为一种清洁型能源，氢能源具有着巨大的开发潜力。

1.1就目前来讲氢在自然界中存在的最为广泛，根据有关科研机构的数据表明，宇宙质量的75%都是由氢元素构成，在地球上的氢主要以化合物的形式存在于水中，而水是地球上含量最多的物质之一，还有一小部分氢气存在于空气中。根据相关部门的计算，如果将水中的氢元素全部都提取出来，其所拥有的总能量将远远大于化石燃料所拥有的总能量。

1.2就现阶段的能源情况来讲，氢能的热值是除核燃料以外热值最高的燃料，其热值要远远高于传统的化学燃料以及生物燃料，一般来讲其热值可以达到142350KJ/kg，通常情况下来讲每燃烧一千克的氢其所产生的热量可以达到汽油热量的3倍，可以达到酒精的将近4倍，可以达到焦炭的4.5倍以上。

1.3通常情况下氢可以以气态﹑液态或者是固态的金属氢化物出现，基本上可以适应不同要求的储存以及应用的要求。

1.4氢自身是没有毒性的，所以氢气在燃烧的过程中是不会产生污染物的，氢在空气中发生燃烧以后除了会生成少量水以及氮化氢以外不会产生一些对环境造成污染的例如二氧化碳﹑一氧化碳等气体，同时也不会生成一些粉尘颗粒，与此同时少量的氮化氢经过相应的处理后对环境也不会造成污染，最为重要的一点就是燃烧生成的水可以继续制成氢从而切实的做到循环使用的效果。

1.5氢能源在当前的情况下具有很多的运用形式，例如，氢可以发生燃烧反应放出大量的热来推动机械设备做功；也可以将氢作为一种物料在燃料电池上应用。这样就可以用新世纪的能源--氢能来代替传统的不可再生能源石油以及天然气，这种能源的改变也不需要对现有的机械设备进行大幅度的改变，仅仅需要对内燃机进行小幅度的改造以后便可以投入使用。

1.6在目前我们已知的气体中，氢气的导热性能是最好的，与大多数气体相比较，氢气的导热性能可以高出那些气体十倍以上，所以在能源工业产业中，氢是一种非常好的热量传输载体。

2 国内外氢能的现状

目前世界能源急缺同时环境污染极为严重，所以为了使社会可持续性的发展，对清洁能源以及可再生能源的开发已经成为目前最主要的问题。然而氢是一种具有高清洁型的可再生能源，并且可以进行存储与输送，所以从可持续发展的角度来看，氢能将会对今后的国际能源结构造成巨大的改变，并且它还是一种非常好的低污染甚至是无污染的车用能源。目前国际的有关组织已经做出了预测，在不就的将来使用氢能源的汽车将会成为降低城市污染的主要交通工具之一。根据美国能源部公布的相关调查数据显示，在过去的几年中世界各工业国家在氢能源领域的研发投入年平均增长量为20.5%。美国对氢能源的重视程度一直很高，在本世纪初期上一届美国政府投入了17亿美元进行氢燃料的研制开发，并在一年后成功的建立了美国的第一座氢气站。对我国来说，能源建设战略是国民经济发展之重点战略。我国人口多，人均资源不足，人均煤炭探明可采储量仅为世界平均值的1/2，石油仅为1/10左右，人均能源占有量明显落后；同时，我国近年来交通运输的能耗所占比重愈来愈大，与此同时，汽车尾气污染已经成为大气污染特别是城市大气污染的最重要因素，寻找新的洁净能源对我国的可持续发展有着特别重要的意义。

3 氢能技术发展趋势

目前，氢能利用的技术开发已在世界主要发达国家和发展中国家中启动，并取得不同程度的成果。今后，氢能的开发利用技术主要从三方面开展，氢能的规模制备﹑储运及相关燃料电池的研究。氢的规模制备是氢能应用的基础，氢的规模储运是氢能应用的关键，氢燃料电池汽车是氢能应用的主要途径和最佳表现形式，三方面只有有机结合才能使氢能迅速走向实用化。而其中储氢研究的重大突破是整个研究体系的关键。