制氢技术简介

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五、相关公司
天津市大陆制氢设备有限公司 About.com公司氢燃料电池专题 Accentus公司氢经济专题 Airgas公司氢燃料供应 Alchemix公司氢技术 AQWON发动机公司氢能系统 ARIEMA公司氢与燃料电池技术 Aries Ingeniería 公司 Avlence公司燃料处理技术 Shell公司氢子公司 Babcock-Hitachi公司 BOC集团氢气供应The BOC Group
(2) 生物制氢技术
藻类和蓝细菌光解水； 藻类和蓝细菌光解水； 光合细菌光分解有机物； 光合细菌光分解有机物； 有机物发酵制氢； 有机物发酵制氢； 光合微生物和发酵性微生物的联合运用 生物质热解或气化制氢。 生物质热解或气化制氢。
五、制氢技术简介
(3) 生物质制氢两大途径
热化学分解过程包括高温气化或中温热分解以及加水分解等， 热化学分解过程包括高温气化或中温热分解以及加水分解等， 分解过程包括高温气化或中温热分解以及加水分解等 先得到含CO和H2的气体，进一步转化为氢气。 和 的气体，进一步转化为氢气。 先得到含 生物过程包括: 1）厌氧发酵产生甲烷为主的气体然后加工为氢 生物过程包括 ） 包括 如绿藻)的代谢功能 气；2）利用某些微生物 如绿藻 的代谢功能，通过光化学分解 ）利用某些微生物(如绿藻 的代谢功能， 反应产生氢。 反应产生氢。 热化学分解过程技术基本成熟，将实现工业生产。 热化学分解过程技术基本成熟，将实现工业生产。 生物过程适合做民用燃料， 大规模制氢不经济 ，处于基础研究 生物过程适合做民用燃料，大规模制氢不经济， 阶段。 阶段。
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制氢技术简介
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Contents
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目前的能源结构与现状 太阳能利用的基本途径 氢能经济缘起 氢能技术的难点 制氢技术简介 相关公司和机构
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一、目前的能源结构与现状
中国
40%
世界 石油 其他 其
17%
75%
煤
石 油
天然气 其他 煤 其
24%
天然气
2% 6%
10%
26%
CxHy + O2
H2O + CO2 + SO2 + NOx
世界能源主要依赖不可再生的化石资源； 世界能源主要依赖不可再生的化石资源； 我国能源结构面临经济发展和环境保护的双层压力； 我国能源结构面临经济发展和环境保护的双层压力； 氢能作为理想的清洁的可再生的二次能源， 氢能作为理想的清洁的可再生的二次能源，其形成的关键是廉价 的氢源； 的氢源； 太阳能资源丰富、普遍、经济、洁净。 太阳能资源丰富、普遍、经济、洁净。太阳能光分解水技术可望 获得廉价的氢气，还可就地生产。 获得廉价的氢气，还可就地生产。
将天然气火焰在裂解炉加热到 1400℃， ℃ 关闭裂解炉使天然气发生裂解反应， 关闭裂解炉使天然气发生裂解反应， 产生氢气和碳黑。 产生氢气和碳黑。
五、制氢技术简介
(3) 煤汽化： 煤汽化：
C(s)+H2O(g)→ CO(g)+H2(g)
(4) 重油部分氧化
CnHm+O2 → CO（g）+H2（g） ） （ ） CnHm+H2O→ CO（g）+H2（g） ） （ ）ห้องสมุดไป่ตู้H2O+CO → CO2（g）+H2（g） （ ） （ ）
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五、制氢技术简介
4、光催化制氢体系 、 半导体光 催化制氢 Z-型体系 型体系 光催化法 悬浮体系 光催化法 光电化学 体系制氢
M.Gratzel, et al, Nature, 1991, 353: 737; Nature,1998, 395: 583; S.U.M. Khan, et al, Science, 2002, 297: 2243; Z.G.Zou, et al., Nature, 2001, 414, 625.
Photosynthesis
太阳能 ＋ 水 ＝ 氢？
三、氢能经济的缘起
氢能经济的构想
Chrysler Natrium 车(2001)
四、氢能技术的难点
1. 如何实现大规模地廉价制氢？—制氢 如何实现大规模地廉价制氢？ 制氢 2. 如何经济、合理、安全地储存氢？—储氢 如何经济、合理、安全地储存氢？ 储氢 3. 如何高效率、低成本地利用氢？—利用氢 如何高效率、低成本地利用氢？ 利用氢
隔膜:全氟磺酸膜 隔膜 全氟磺酸膜 (Nafion) 阴极:Pt黑 阴极 黑 阳极:Pt、 等的 阳极 、Ir等的 合金或氧化物
五、制氢技术简介
3、生物质制氢 、 (1) 生物质能的特点
可再生性，生物质能通过植物光合作用再生，可保证其永续利用； 可再生性，生物质能通过植物光合作用再生，可保证其永续利用； 低污染性，生物质硫、氮含量低、燃烧生成 2等较少，生长时所需 低污染性，生物质硫、氮含量低、燃烧生成SO 等较少， CO2相当于排放量，因而 相当于排放量，因而CO2净排放量近似于零，可减轻温室效应； 净排放量近似于零，可减轻温室效应； 广泛分布性，缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能； 广泛分布性，缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能； 总量十分丰富，仅次于煤炭、石油和天然气。 总量十分丰富，仅次于煤炭、石油和天然气。
全球年产氢： 全球年产氢： 5000亿Nm3 亿 化石燃料制氢 占96% 合成氨：50％ 合成氨： ％ 石油精练： ％ 石油精练：37％ 甲醇合成：8％ 甲醇合成： ％
五、制氢技术简介
1、化石燃料制氢 、 (1) 甲烷重整 甲烷重整(Steam Methane Reformation, SMR ) (2) 天然气热解制氢
二、太阳能利用的基本途径
1、光-热转换 、 热转换 2、光电转换 、
a) 光伏电池 b) 光电化学电池 c) 染料敏化光电化学电池
Fuels CO 2 Sugar
光 化学能转化
O2 H
e 2
sc
HO 2 O 2
M
H2O
Semiconductor/Liquid Junctions
3、光－化学能转换 、
(1) 碱性水溶液电解
(2) 质子膜电解水发生器
2OH-→ H2O ＋ O2+2e
2H2O+2e → 2OH- + H2
采用Ni或 合金电极 效率～ ％ 合金电极， 采用 或Ni合金电极，效率～75％ SPE电解水技术的主要问题是质子交 电解水技术的主要问题是质子交 换膜和电极材料的价格昂贵。 换膜和电极材料的价格昂贵。
五、制氢技术简介
1. 化石燃料制氢 目前主要的制氢方法 化石燃料制氢—目前主要的制氢方法 成熟、廉价，但资源和环境问题并未解决 2. 生物质为原料制氢 光合效率、水土面积、集中和储运成本等问题 3. 水分解制氢 利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而，太阳能的收集、 利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而，太阳能的收集、 高品质热能和电能的产生方法，都是首先要解决的问题。 高品质热能和电能的产生方法，都是首先要解决的问题。
<5%
48%
设计在可见区内有强吸收半导体材料是高效利用太阳能的关键
五、相关机构
The Mountain States Hydrogen Business Council (MSHBC) 德国氢与燃料电池协会 The German Hydrogen and Fuel Cell Association (DWV) 国际氢经济合作组织 The International Partnership for the Hydrogen Economy 国际氢能协会 加拿大氢和燃料电池工业协会 美国国家氢协会 美国能源部: 氢, 燃料电池与基础设施技术项目 美国氢能协会The American Hydrogen Association (AHA) 美国氢与燃料电池研发信息中心Hydrogen.gov 欧洲氢协会
五、制氢技术简介
光催化制氢的关键科技难题 太阳光利 用率低 光量子产率 低(约4 %) 约 效率低 能级 不匹配
新型、 新型、高效 光催化材料
逆反应 载流子复合
五、制氢技术简介
光催化制氢的关键科技难题
太阳光谱图
UV Visible Infrared λ683 1.80eV λ400 3.07eV
碳黑
CH4
裂 解 炉
H2
甲烷的部分氧化： 甲烷的部分氧化： CH4+O2 → CO(g)+H2(g)
SMR反应利用有机物高温下与 反应利用有机物高温下与 水的反应，不仅自身脱氢，同时 水的反应，不仅自身脱氢， 将水中的氢解放出来。 将水中的氢解放出来。 此法也适于生物质制氢。 此法也适于生物质制氢。
五、制氢技术简介
2、电解水制氢 、
正极： 正极： 2OH－ → H2O + O2 + 2e φ = 0.401V 负极： － 负极： 2H2O + 2e → 2OH－ + H2 φ =－0.828V
理论分解电压1.23V，每1Kg氢电耗为 32.9 KWh 。实际为～46.8KWh。 ， 实际为～ 理论分解电压 氢电耗为 。