中国新能源工业概述(ppt 67页)
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可再生能源：水力、风力、太阳能、生物质能、热地等。
二、化石能源
三、氢能源
• 大气中二氧化碳逐年增加，地球不断变 暖，生态环境恶化，自然灾害频发，造 成的损失逐年增加。
• 化石能源储量有限，消耗加快。 • 能源结构单一，过渡依赖化石能源。 • 经济增长、环境保护和社会发展的压力。
氢：储量大，分布广，清洁无污染
120℃-300℃ 19.6 wt% H2 不足: NH3BH3制备成本偏高
BN纳米结构贮氢
B99N99
C186 nanotubes Atomic structure models
近年来，大量的研究集中在纳米碳管储氢方 面，主要是人们认为纳米碳管的储氢容量高， 理论上可达10%。
四、太阳能
太阳能即太阳辐射能，它是太阳内部连 续不断的核聚变反应过程产生的能量。
利用煤和生物质等气化制氢是将这些物 质在高温下裂解成合成气后进行水气转 换等过程，提高氢的成分，最后经过净 化处理得到燃料氢。其中煤的气化制氢 是目前广泛使用的制氢技术。
（2）电解水制氢工艺
该反应只要对电解槽通入直流电即可进 行，操作简单，效率较高 ，现在已经发 展了多种电解槽，如碱性电解槽、质子 交换膜电解槽和固体氧化物电解槽等。
用太阳能电池产生的电能电解水是制氢的一条 具有十分诱人前景的途径。
人工光合作用的研究为太阳能制氢提供了另外 一条途径。光合作用的核心是由太阳光驱动将 水分子裂解为氧气、氢离子和电子。植物通过 还原碳元素的形式将太阳能固定下来，能否不 要将太阳能固定在碳元素中得到利用呢？人工 光合作用将使这种想法成为可能，它完全抛弃 了植物载体，只利用光合作用的原理，通过光 裂解水分子，直接提取氢气。
LiBH4
18.2
13.5
NaBH4
10.5
10.8
NH3BH3
19.5
19.5
NH4BH4
24.5
24.5
Al(BH4)3 16.8
Mg(BH4)2 14.8
LiAlH2(BH4) 15.2
2
研nnium Cell et al.
Wolf et al. Unstable >-20℃
甲烷重整制氢:
CH4 + H2O=3H2 + CO 这个反应是吸热反应，需要外部输入热 量，反应温度大约700℃～850℃，反 应压力为3×105 Pa～2.5 ×105Pa。
反应产物合成气被输入到下一级水气置换 反应器 ，经过水气置换反应，将CO转化为 H2，提高了氢的产量。
CO + H2O = H2 + CO2 重整制氢的能量转换效率可以达到75 %～ 80 %，经济有效，如果将余热回收利用， 效率可达85%以上
LiBH4x
LiBH2
2x 2
H2.........2.00。C
LiBH2
LiH
B
1 2
H2.............4. 53。C
LiBH4分解制氢
N 4 F H L4 i B L H i B F 4 N H 2
强放热反应 可以获得13.6 wt% H2
NH3BN3分解制氢
N3B H3H B N 3H 2
氢气的储存
类 型 典型技术 体积密度 重量密度 备 注
液态氢 71g/l ~5wt% 20K,能耗大
物理 方法
高压氢
大比表吸附 剂
纳米碳管
39 g/l
~3.3wt% RT,70MPa
~1wt%
80K
<2wt% 可逆存放量
金属氢化物 >100 g/l
化学 有机液体 ~50 g/l
方法 其他含氢物
质
63 g/l
地球轨道上的平均太阳辐射强度 为1367kw/m2。地球赤道的周 长为40000km，从而可计算出， 地球获得的能量可达 172,500TW。也就是说太阳每 秒钟照射到地球上的能量就相当 于500万吨煤。
目前人类所能够使用的能源形式
（一）对太阳能的间接利用
（二）太阳辐射能的直接利用
与其他能源相比，太阳能具有独特的 优点： （1）它没有一般煤炭、石油等矿物 燃料产生的有害气体和废渣，因而不 污染环境，被称作“干净能源”。 （2）到处都可以得到太阳能，使用 方便、安全。 （3）成本低廉，可以再生。
氢能的利用
（1）直接燃烧 （2）燃料电池
氢气作为能源遇到的两个问题 氢气的制备 氢气的储存
（一）氢气的制备
（１）热化学工艺制氢 热化学工艺主要是将碳水化合物(煤、石油、 天然气、生物质等) 输入高温化学反应器 ， 生成由H2、CO 、CO2 和 CH4 等组成的合 成气体 ，然后进行重整和水气置换反应来 提高氢的产量 ，最后将氢气分离提纯得到 可以用做交通燃料的氢气。
<2wt% 可实用速度吸\放氢量 ~7wt% 苯理论量 >4wt% 30%NaBH4溶液
含硼贮氢材料
• 硼氢化合物 热分解制氢——NH3BH3、LiBH4等 水分解制氢——NaBH4（SBH）等
• BN纳米结构材料
• 硼促进贮氢材料
硼氢化合物贮氢
硼氢化物
氢含量 wt%
formula reaction
新能源工业
一、能源的分类
• 一次能源：在自然界中可直接取得不必改 变其基本形态的能源。
• 二次能源：由一次能源经过加工或转换成 另一种形态的能源产品。
• 常规能源：即传统能源，已经大规模生产 和广泛利用的能源。
• 新能源：以新技术为基础，系统开发的能 源。
常见的能源
• 太阳能 • 化石能源 • 水能 • 风能 • 潮汐能：海水潮流运动的能量 • 海洋能：潮汐能、波浪能、海流能、温差能 • 地热能：地球内部释放到地表的能量 • 生物质：燃烧植物体放出热能 • 核能（原子能） • 氢能
Potential chemical substance for H2
storage
LiBH4分解制氢
Prof. A. Zuttel, Switzerland Univ Fribourg 450℃ 左右可以获得13.5 wt% H2
LiBH4
LiBH4x
x 2
H2.............108。C
部分氧化制氢是将碳氢化合物部分氧化生成 CO和氢的工艺。
2CH4 + O2=4H2 +2CO 加入催化剂，系统转化效率会大大提高。反 应产物合成气也和重整制氢一样，需要进行 水气置换反应，以提高H2 的产量。最后再 经过分离提纯，得到可以用于交通工具的燃 料。由于这个生产过程中也有CO2的排放， 所以也是通向环保制氢的过渡。
二、化石能源
三、氢能源
• 大气中二氧化碳逐年增加，地球不断变 暖，生态环境恶化，自然灾害频发，造 成的损失逐年增加。
• 化石能源储量有限，消耗加快。 • 能源结构单一，过渡依赖化石能源。 • 经济增长、环境保护和社会发展的压力。
氢：储量大，分布广，清洁无污染
120℃-300℃ 19.6 wt% H2 不足: NH3BH3制备成本偏高
BN纳米结构贮氢
B99N99
C186 nanotubes Atomic structure models
近年来，大量的研究集中在纳米碳管储氢方 面，主要是人们认为纳米碳管的储氢容量高， 理论上可达10%。
四、太阳能
太阳能即太阳辐射能，它是太阳内部连 续不断的核聚变反应过程产生的能量。
利用煤和生物质等气化制氢是将这些物 质在高温下裂解成合成气后进行水气转 换等过程，提高氢的成分，最后经过净 化处理得到燃料氢。其中煤的气化制氢 是目前广泛使用的制氢技术。
（2）电解水制氢工艺
该反应只要对电解槽通入直流电即可进 行，操作简单，效率较高 ，现在已经发 展了多种电解槽，如碱性电解槽、质子 交换膜电解槽和固体氧化物电解槽等。
用太阳能电池产生的电能电解水是制氢的一条 具有十分诱人前景的途径。
人工光合作用的研究为太阳能制氢提供了另外 一条途径。光合作用的核心是由太阳光驱动将 水分子裂解为氧气、氢离子和电子。植物通过 还原碳元素的形式将太阳能固定下来，能否不 要将太阳能固定在碳元素中得到利用呢？人工 光合作用将使这种想法成为可能，它完全抛弃 了植物载体，只利用光合作用的原理，通过光 裂解水分子，直接提取氢气。
LiBH4
18.2
13.5
NaBH4
10.5
10.8
NH3BH3
19.5
19.5
NH4BH4
24.5
24.5
Al(BH4)3 16.8
Mg(BH4)2 14.8
LiAlH2(BH4) 15.2
2
研nnium Cell et al.
Wolf et al. Unstable >-20℃
甲烷重整制氢:
CH4 + H2O=3H2 + CO 这个反应是吸热反应，需要外部输入热 量，反应温度大约700℃～850℃，反 应压力为3×105 Pa～2.5 ×105Pa。
反应产物合成气被输入到下一级水气置换 反应器 ，经过水气置换反应，将CO转化为 H2，提高了氢的产量。
CO + H2O = H2 + CO2 重整制氢的能量转换效率可以达到75 %～ 80 %，经济有效，如果将余热回收利用， 效率可达85%以上
LiBH4x
LiBH2
2x 2
H2.........2.00。C
LiBH2
LiH
B
1 2
H2.............4. 53。C
LiBH4分解制氢
N 4 F H L4 i B L H i B F 4 N H 2
强放热反应 可以获得13.6 wt% H2
NH3BN3分解制氢
N3B H3H B N 3H 2
氢气的储存
类 型 典型技术 体积密度 重量密度 备 注
液态氢 71g/l ~5wt% 20K,能耗大
物理 方法
高压氢
大比表吸附 剂
纳米碳管
39 g/l
~3.3wt% RT,70MPa
~1wt%
80K
<2wt% 可逆存放量
金属氢化物 >100 g/l
化学 有机液体 ~50 g/l
方法 其他含氢物
质
63 g/l
地球轨道上的平均太阳辐射强度 为1367kw/m2。地球赤道的周 长为40000km，从而可计算出， 地球获得的能量可达 172,500TW。也就是说太阳每 秒钟照射到地球上的能量就相当 于500万吨煤。
目前人类所能够使用的能源形式
（一）对太阳能的间接利用
（二）太阳辐射能的直接利用
与其他能源相比，太阳能具有独特的 优点： （1）它没有一般煤炭、石油等矿物 燃料产生的有害气体和废渣，因而不 污染环境，被称作“干净能源”。 （2）到处都可以得到太阳能，使用 方便、安全。 （3）成本低廉，可以再生。
氢能的利用
（1）直接燃烧 （2）燃料电池
氢气作为能源遇到的两个问题 氢气的制备 氢气的储存
（一）氢气的制备
（１）热化学工艺制氢 热化学工艺主要是将碳水化合物(煤、石油、 天然气、生物质等) 输入高温化学反应器 ， 生成由H2、CO 、CO2 和 CH4 等组成的合 成气体 ，然后进行重整和水气置换反应来 提高氢的产量 ，最后将氢气分离提纯得到 可以用做交通燃料的氢气。
<2wt% 可实用速度吸\放氢量 ~7wt% 苯理论量 >4wt% 30%NaBH4溶液
含硼贮氢材料
• 硼氢化合物 热分解制氢——NH3BH3、LiBH4等 水分解制氢——NaBH4（SBH）等
• BN纳米结构材料
• 硼促进贮氢材料
硼氢化合物贮氢
硼氢化物
氢含量 wt%
formula reaction
新能源工业
一、能源的分类
• 一次能源：在自然界中可直接取得不必改 变其基本形态的能源。
• 二次能源：由一次能源经过加工或转换成 另一种形态的能源产品。
• 常规能源：即传统能源，已经大规模生产 和广泛利用的能源。
• 新能源：以新技术为基础，系统开发的能 源。
常见的能源
• 太阳能 • 化石能源 • 水能 • 风能 • 潮汐能：海水潮流运动的能量 • 海洋能：潮汐能、波浪能、海流能、温差能 • 地热能：地球内部释放到地表的能量 • 生物质：燃烧植物体放出热能 • 核能（原子能） • 氢能
Potential chemical substance for H2
storage
LiBH4分解制氢
Prof. A. Zuttel, Switzerland Univ Fribourg 450℃ 左右可以获得13.5 wt% H2
LiBH4
LiBH4x
x 2
H2.............108。C
部分氧化制氢是将碳氢化合物部分氧化生成 CO和氢的工艺。
2CH4 + O2=4H2 +2CO 加入催化剂，系统转化效率会大大提高。反 应产物合成气也和重整制氢一样，需要进行 水气置换反应，以提高H2 的产量。最后再 经过分离提纯，得到可以用于交通工具的燃 料。由于这个生产过程中也有CO2的排放， 所以也是通向环保制氢的过渡。