氢能的发展现状与应用前景论文

学号：**********

哈尔滨师范大学

学士学位论文

题目：氢能的发展现状与应用前景

学生：曹翠燕

指导教师：王玉和教授

年级：2006级

专业：化学教育

系别：化学系

学院：化学化工学院

哈尔滨师范大学学士学位论文

题目氢能的发展现状与应用前景学生曹翠燕

指导教师王玉和教授

年级2006级

专业化学教育

系别化学系

学院化学化工学院

哈尔滨师范大学

2010年5月

氢能的发展现状与应用前景

曹翠燕

摘要：氢能作为最有利用价值的二次无污染、高效可再生能源受到广泛关注。本文分析概括了国内外氢能的发展概况，同时介绍了氢能的发展前景。其中，着重介绍了氢能在燃料内燃机和氢燃烧电池的应用，并且从氢能在航天航空领域、军事领域、能源领域、交通运输领域、工业领域等行业中的应用，阐述了氢能的实用价值。

关键字：氢能；发展状况;应用前景; 氢内燃机；氢燃料电池

随着现代经济的高速发展以及世界人口的迅猛增长，人类对能源的需求越来越大。虽然煤、石油等化石燃料在当前的能源结构中仍占很大比例，但是，一方面，化石燃料的使用带来了严重的环境污染，严重威胁了人类的健康和生存；另一方面，由于化石燃料是一种有限、不可再生的资源，日益增长的能源需求带来了严重的能源危机[1]。因此，开发和利用清洁、高效的可再生能源是当前全球急待解决的任务。

而氢能作为2l世纪的绿色能源[2]，由于具备电能和热能所没有的可储存性，使它成为最好的可再生能源的载体，也得到世界各国的关注[3]。近年来，氢能的研究和开发工作已经形成一个不小的高潮，氢能经济新时代正向我们走来。

1. 氢能的发展现状

1.1. 国外发展概况

现阶段由于氢能系统技术在国民经济中起着越来越重要的作用，在国外氢能的发展已经不单纯停留在技术领域上，同时产生了“氢能经济”的新经济模式的概念[4]。最近又有专家提出未来要发展到“氢能文明社会”的新阶段[5]。不过，由于氢能在制备储存等方面的局限使氢能商业化进展仍然很慢，即使对发达国家而言，虽然氢能的技术条件已经成熟，但仍处于示范阶段。

现阶段氢能作为一种高效能源在航天飞机、火箭等航天行业及城市公共汽车中有广泛应用，一些国外的发达国家在1993年就开始使用以液氢为燃料的城市公共汽车。

目前世界各国推出的燃料电池动力车及可用于手提电脑、播放器、手机的小型燃料电池等利用氢能的产品已经非常多[6]。目前欧洲已有22座加氢站，而在美国、日本建立的加氢站则更多。美国联邦政府计划在2004～2008年投入12亿美元用于实施“氢能技术研究、开发与示范行动计划”[7]。北欧国家冰岛与戴一克、壳牌等公司合作[9]，希望在今后30—40年的时间内在该国的公共汽车、轿车和渔船上用氢取代石油，从而使该岛国成为初步实现氢经济的国家[10]。日本于1993年启动了二个项目，计划到2020年投入30亿美元，构建一个环球能源网络[11]，用于氢能源的有效供给、输送与利用，将500万辆燃料电池车投入市场，近期将建成2000多个加氢站。

1.2. 国内发展概况

我国对氢能的研究与发展可以追溯到60年代初，中国科学家为发展本国的航天事业，对作为火箭燃料的液氢的生产[12]，燃料电池的研制与开发进行了大量而有效的工作。将氢作为能源载体和新的能源系统进行开发，是70年代的事。氢能也可应用于电子工业中，例如在集成电路、电子管、显像管等制作过程中都是用氢作为保护气的[13]；炼油工业中可用氢进行加氢精制[14]；冶金工业中可用作还原剂将金属氧化物还原出来[15]；在精细有机合成工业中氢气也是重要的合成原料之一[16]；合成氨中氢气也是重要的合成燃料之一[17]。现阶段氢在诸多方面都有广泛的应用[18]。所以开发使用氢能源是现在许多科学家致力于努力的方向。

在我国，尽管多年来，氢能领域的专家和科学工作者在国家经费支持不多的困难条件下，仍然在制氢、储氢和氢能利用等方面取得了不少进展和成绩[19]。

制氢技术：目前，我国工业制氢方法主要是以天然气、石油和煤为原料，在高温下使之与水蒸气反应而制得，也可以用部分氧化法制得[20]。这些制氢方法在工艺上都比较成熟，但是由化石能源和电力来换取氢能，在经济上和资源利用上并不合适。现有的工业制氢主要是维持目前化工、炼油、冶金及电子等部门的需要。水电解制氢和生物质气化制氢等方法，现已形成规模。其中，低价电电解水制氢方法是当前氢能规模制备的主要方法，但目前电耗过高，亟待改进[21]。此外，由中科院山西煤炭化学研究所开发的“甲醇重整制氢技术”已投入生产实际应用，目前最大规模为360 Nm3 H2/h，并实现系列化、批量化生产。中科院大连化学物理所在国家“九五”科技攻关项目“燃料电池技术”中，承担了燃料电池电动车用“甲醇重整制氢装置”[21]的研制，目前，已形成概念样机。

为加快氢能的开发利用，有关高等院校和科研院所积极开展了新型制氢方法的研究。石油大学承担的“九五”科技攻关项目“从H2S制取氢气的扩大实验研究”，此方法制氢能耗低，约2.6 kWh/NH2，使低电耗制氢技术达到了世界先进水平[22]。中科院感光化学研究所承担了“九五”科技攻关项目“制氢技术的中试研究”。该所的人工模拟光合作用分解水制氢及非常规资源制氢研究达到了世界先进水平。在光化学、生物质和电化学制氢领域[23]，兰州化学物理所、微生物以及南开大学、天津大学等单位也进行了大量的基础研究工作。

储氢技术：目前，氢的储存方法主要有以下几种：常压储氢，高压储氢，液氢储氢，金属氢化物储氢及吸附储氢等[24]。液氢储氢是一种较好的储氢方法，此法储氢密度高。但是，制备1升液氢约需消耗电能3 kWh，在储存过程中液氢还有自然挥发，因此能耗较高。金属氢化物的出现为氢的储存、运输及利用开辟一条新的途径[25]。

近年来，我国也对氢能和燃料电池技术研究给予了稳定的支持。国家“863”计划设立了氢能技术和系统技术开发课题，“973”计划设立了氢能基础研究项目[26]。科技部从2001年开始组织实施以燃料电池汽车研发为重要内容的“电动汽车重大科技专项”[27]，作为“十五”的12个国家重大科技专项之一，国家投入近9亿元。

氢能利用：通过科学家们的努力攻关，我国氢能利用和燃料电池技术正在不断发展[28]。