氢能源的开发与应用前景展望

学号：

学年论文（设计）

学院化学化工学院

专业化学工程与工艺

年级

姓名

论文（设计）题目氢能源的开发与应用前景展望指导教师职称副教授

成绩

2010年6月4日

目录

摘要 (1)

ABSTRACT (1)

1 氢能源简介 (1)

2 新制备方法的研究 (2)

2.1电解法制氢 (2)

2.1.1 固态聚合物电解 (2)

2.1.2 高温电解水蒸气制氢 (2)

2.2分解法制氢 (2)

2.2.1 硫化氢制氢 (2)

2.2.2 热化学循环分解水 (3)

2.2.3 生物分解水制氢 (3)

2.2.4 从海水中制氢 (3)

2.3其他新方法制氢 (4)

2.3.1 固体生物质制氢 (4)

2.3.2 硼氢化钠水解制氢 (4)

2.3.3 生物制氢 (4)

2.3.4 其他新方法 (4)

3 新应用领域的开发 (5)

3.1电力方面的应用 (5)

3.1.1 863燃料电池城市客车 (5)

3.1.2 氢气发电 (5)

3.1.3 氢燃料电池 (6)

3.2其他方面的应用 (6)

3.2.1 良好的载能体 (6)

3.2.2 家用氢能 (6)

3.2.3 污水综合治理利用 (6)

3.2.4 原子氢焰 (6)

4 新储氢材料的研制 (7)

4.1高压气态储存 (7)

4.2低温液氢储存 (7)

4.3金属氢化物储存 (7)

5 结束语 (8)

参考文献 (8)

氢能源的开发与应用前景展望

摘要：当前,氢能源的研究、开发和利用正受到越来越广泛的重视。到21世纪中叶，氢能有可能将取代石油，成为最广泛使用的燃料之一。随着人类社会能源开发的日益迫切，氢能源将成为一种人类所期待的清洁的二次能源。本文将详细介绍目前氢能源的一些新的制备方法、新的应用领域以及新的储氢材料。

关键词：氢能源；开发与应用前景；氢能源的制备方法；氢能源的应用领域；储氢材料的研制

Abstract:At present, the hydrogen energy research, development and utilization is being more and more extensive attention. To 21 centuries middle period, hydrogen could be replaced oil, become one of the most widely used of fuel. With the development of human society increasingly urgent energy, hydrogen will become a human to clean secondary energy. This will be detailed introduction of hydrogen at some new preparation methods, new applications and new hydrogen storage material.

Key words: Hydrogen energy; The development and application prospect; The preparation methods of hydrogen energy; Hydrogen application fields; Hydrogen storage material

按现在的开采速度估计，世界上的煤、石油、天燃气等化石能源将在几十年内逐渐枯竭，并带来严重的环境污染问题，从而造成冰雪消融，冰川退缩，全球气候变暖。能源短缺和环境保护是21世纪经济发展和能源领域最重要的课题。氢气燃烧性能好，热值高，应用广泛，适合于一切需要燃气的地方。氢能源在二十一世纪很有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。它是一种极为优越的新能源。

1 氢能源简介

用氢能作燃料已有多年，氢焊、火箭发动机等大量应用氢燃料，但把氢能作为新能源则是指把氢作为像煤油、天然气那样的通用能源使用]1[。

从常规能源的角度看，氢能源是作为燃料或能量的载体与别的物质发生化学反应或物理作用过程中(不包括原子核的变化)所交换的能量。如果把氢的同位素氘、氚的聚变反应释放的能量也包括在内，氢能源的含义就更广了]2[。

氢能源是一种极为优越的新能源。首先，石油、煤、天然气等资源有限，而氢气可用水作原料制取，来源广泛。其次，燃烧放热多，放出的热约为同质量汽油的3倍。再次，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环境污染物，少量氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水可继续制氢，循环使用，利用率高。产物水无腐蚀性，对设备无损耗]3[。

2 新制备方法的研究

自然界中的氢主要存在于各种形态的化合物中，因此要获得数量巨大，价格低廉，环境友好型的氢，还有相当的难度。但是，要想利用氢能，首先得通过化学反应制取氢气。目前，制取氢气的方法比较多，如：水煤气法制氢、甲烷转化法制氢、化石原料制氢、碱水电解制氢、不完全燃烧法制氢等等。下面介绍一些新的制氢工艺。

2.1 电解法制氢

2.1.1 固态聚合物电解

无机聚合物电解质(SPE)的使用，使由水制氢的设备发生了重大变革。它使在两电极之间的固态膜取代具有腐蚀性的KOH电解液，在这种膜上有许多小孔，只允许氢离子(质子)通过，而电子不能通过。研究表明，一些膜在燃料电池领域有很大的潜在用途，同样也可用在电解质上。这些膜包括早期已经获得专利的Nafion膜(全氟磺酸)、碳纤维纸，以及所有用作质子交换膜( PEMs)的材料。电极反应式如下：H

2

O-2e-

＝2H++1/2O

2(阳极反应)以及透过膜的质子：2H++2e-＝H

2

(阴极反应)]4[。

2.1.2 高温电解水蒸气制氢

H

2O(g)→H

2

(g)+1/2O

2

(g)；△rHm=241.8kJ/mol

水的直接热分解温度高达几千度，而且分解率很低。常温电解耗能高。从1976年开始，原联邦德国进行水蒸气高温电解制氢的研究，并已达到成熟阶段。据报道，这比常温电解水可节省电力20%。尽管如此，其生产成本仍不能与水煤气法和甲烷转换法相竞争。不过在有丰富水电和核电资源的地区，这种方法有可能实现工业化。2.2 分解法制氢

2.2.1 硫化氢制氢

硫化氢的分解方法有：直接高温分解、催化热分解、电化学分解、光催化分解等。

在高温炉中直接高温分解H

2S虽然在工业技术上相对较成熟，而且可处理高浓度的H

2

S

原料，但从能源消耗和经济方面考虑是不可行的。催化热分解法尚处于实验室研究阶