太阳能金属热化学循环制氢现状
太阳能金属热化学循环制氢现状
２ 热 化 学循 环 制 氢 气
２ １ 多步热循 环 ．
早 期 的 多 步 热 循 环 研 究 温 度 都 比 较 低 。 Ｓｔ ｅ— ｐｎ 和 Ｆ ｎ ｏｅ ｕ ｋ分 别 论 述 了多 步 热循 环 法 ， 中 有代 其 表性 的多步 热 循 环 法 有 Ｇ 三 步 循 环 和 ＵＴ Ａ ３四步 循 环 ＿ １］ Ａ三 步 循 环 法 是 在 １ ３ Ｋ 时 热 分 解 ８ １。Ｇ — １０ 硫酸 制 氢 ， ３四步 循 环法 是 在 １ ２ Ｋ 和 ８ ０ 分 ＵＴ ００ ７Ｋ 别用 Ｃ Ｂ ２和 Ｆ Ｂ ２制 氢 。多 步 热 循 环 （ 般 ２步 ａｒ ｅｒ 一 以上 ） 热传递 和 产物 分离 的 热效率 都 比较低 。
Ｈ２ Ｏ＝Ｈ２ １ ２ ＋ ／ ０２ （） １
１ 太 阳 能 分 解 水 制 氢
１ １ 电 解 水 制 氢 ．
太 阳能 电解 水制 氢第 一步 是通 过太 阳电池将 太
阳能转 换成 电能 ， 第二 步是 将 电能转 化成 氢 能 ， 成 构 所谓 的太 阳能光 伏制 氢 系统 。电解 制氢 可分 为 常规 电解 、 压 电 解 、 温 电 解 三 种 ｌ 。 常 规 水 电解 使 高 高 ＿ １ Ｊ
密度相 当低 的优 势 来 电解 ， 技 术 已 经 发展 成 熟 并 该
第６ Ｏ卷
第 ４期
有 色 金 属
Ｎｏ ｆ ｒ ｏ ｓ Ｍ ｅ ａｓ ｎ ｅ ｒ ｕ ｔ ｌ
Ｖｏ ＿６ ｌ ０，Ｎｏ． ４ Ｎｏ ｅ ｂ ｒ２ ０ ０ ８ ｖｍ ｅ
２０ ０ ８年 １ １月
太 阳能金属热 化学循环制氢现状
冯林 永 杨 显 万 蒋训 雄 ２ 汪胜 东２ ， ， ，
保优 势 ， 矿物 燃料 无法 比拟 的 。近几 年来 ， 是 随着质 子交换 膜氢 燃料 电池 技 术 获 得前 所 未 有 的进 展 ， 氢
CH4ZnO太阳能热化学制氢过程的数值分析
万方数据
太 阳 能 学报
２９卷
反应物几乎都沿着螺旋凹槽周围区域内运动，而反 应器中间部分的速度几乎为零。
图５反应器纵向剖面速度分布图
Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｎ
ｔｈｅ ｌｏｌｌｇｉｈｌｄｉ啮】￥ｅｃｔｉｏｌｌ 当进１３处ｃＨ４一缸体积比为ｌ：９，ＺｎＯ粒子占反 应物质量百分比为１３．３８％时，反应物进口速度对化 学反应效率的影响如图６所示。反应效率是指此反 应器内化学反应产生的ｚｎ与完全反应能够产出的
计算，将计算所得的各表面温度场与步骤２中假定 的温度场进行对比。如果计算所得的各表面最低和
最高温度与假定的最低和最高温度的温差范围都在 ＩＯＫ以内，就可认为步骤２中对各表面所假设的总 热损系数正确。如果超出误差允许的范围，则返回 第２步，以上一次计算出的温度分布为基础，算出相 应的总热损系数并代入软件计算。如此迭代，直到 计算所得的温度与假定温度在迭代误差范围内。
为了最大限度地利用现有工业制氢技术，Ｓｔｅｉｎ． ｆｅｌｄ和Ｂｒａｃｋ等人将氧化锌热分解反应与甲烷重整 反应相结合，并对ｃＩｔ，．ＺｎＯ化学反应的热力学及动
力学性质做了相关研究，发现：该反应为吸热反应， 所需的活化能为１４６ｋＪ／ｍｏｌ。在ｌａｔｍ下，反应温度为 １２５０Ｋ时，反应的平衡产物为锌蒸气和物质的量比 为２：１的Ｈ２和ＣＯ心ｏ（如式１）。
ＭＯ。一Ｍｑｅｄ＋１／２０ ②低价氧化物被水蒸汽氧化成高价氧化物并放出氢 气‘１｜，即：
ＭＯ珀ｄ＋Ｈ２０一ＭＯ。＋Ｈ２ 研究中发现，１Ｖｌｎ３ ０４／ＹｍＯ、Ｔｉ０２／Ｔｉ啦和Ｃｑ ０４／ＣｏＯ等 金属氧化物对的反应虽然在热分解阶段反应温度较 低（９００。１２００Ｋ），但因在水解反应中产生的氢太少， 不利于工业化生产而不被考虑［１］。目前研究最多也 最为深入的是Ｚｎ／ＺｎＯ金属氧化物对的制氢反应。
河南省平顶山市2024-2025学年九年级上学期期中阶段性学情分析(二)化学试卷(含答案)
2024~2025学年上学期期中阶段性学情分析（二）九年级化学（RJ）注意事项：1.本试卷共2页，四大题，满分50分，考试时间50分钟。
2.请用蓝、黑色钢笔或圆珠笔直接答在试卷上。
3.答卷前请将弥封线内的项目填写清楚。
相对原子质量H：1 C：12 O：16 Mn：55 K：39 Zn：65一、选择题（本题包括14个小题，每小题1分，共14分。
每小题只有一个选项符合题意）1. 李时珍《本草纲目》中“烧酒”写道：“自元时始创其法，用浓酒和糟入甑，蒸令气上，用器承取滴露。
……其清如水，味极浓烈，盖酒露也”。
这种方法是A. 过滤B. 蒸发C. 蒸馏D. 升华2. 海南盛产甘蔗，《天工开物》记载甘蔗制作红糖的主要步骤中属于过滤操作的是A. 削蔗蓝去杂B. 石辘碎蔗C. 渣汁分离D. 热蜗熬糖3. 规范的操作是实验成功的关键。
下列实验操作正确的是A. 量取液体B. 过滤C. 活性炭净水D. 加热液体4. 下列物质由离子构成的是A. P2O5B. C60C. NeD. NaCl5. 下列粒子结构示意图中表示原子是A. B. C. D.6. “中国芯”的关键材料是硅。
下图为元素周期表中的一格和硅原子的结构示意图，下列有关说法错误的是A. 图中的x 为8B. 硅属于非金属元素C. 硅的相对原子质量为14D. 硅元素位于元素周期表第三周期7. 下列关于水的说法正确的是A. 在海水中加入活性炭可以使海水淡化B. 向硬水中加入明矾净水剂后得到纯水C. 为节省水资源，可以用工业废水灌溉农田D. 用肥皂水可以检验硬水和软水8. 在化学反应A 2+BC=B+A 2C 中，反应物BC 与生成物 B 的质量关系如图所示。
将2g A 2与80g BC 恰好完全反应，则生成A 2C 的质量是A. 64gB. 18gC. 80gD. 9g9. 已知某物质X 是一种消毒杀菌效率高、二次污染小的水处理剂，又知该物质的制备原理为：2KClO 3+4HCl （浓）=2KCl+2X+Cl 2↑+2H 2O ．则X 的化学式为A. ClO 2B. HClOC. Cl 2O 5D. HClO 310. 已知：某密闭容器中，12g A 加热完全分解产生B 和C ，其中B 的质量为2g ，同时C 又能部分分解产生0.1g D 和7.9g E ，则最终该密闭容器中B 和C 的质量比为的A. 1∶1B. 1∶2C. 1∶4D. 1∶511. 中国科学家屠呦呦因青蒿素（C 15H 22O 5）和双氢青蒿素（C 15H 24O 5）而荣获了诺贝尔奖．下列有关说法中不正确的是A. 青蒿素比双氢青蒿素少两个氢原子B. 青蒿素和双氢青蒿素都是由碳、氢、氧三种元素组成的C. 青蒿素和双氢青蒿素中碳、氧原子个数比都为3：1D. 青蒿素中氧元素的质量分数比双氢青蒿素中氧元素的质量分数大12. 构建化学基本观念是学好化学的基础，下列有关化学基本观念的认识正确的是A. 微粒观：钾离子和氯离子的电子层结构相同，化学性质一定相同B. 元素观：元素组成完全相同的物质，其化学性质也一定相同C. 守恒观：10g 氢气与10g 氧气充分反应后，一定生成20g 水D. 变化观：化学反应后有氧气生成的物质中，一定含有氧元素13. 在一定条件下，下列物质在同一密闭容器内充分反应，测得反应前后各物质质量如下表，下列说法错误的是物质甲乙丙丁反应前的质量/g3未测47反应后的质量/g 1294A. 乙是该反应的催化剂B.丙一定为化合物C. 该反应为化合反应 D. 参加反应的甲、丁的质量之比为2：314. 某反应的微观示意图如图，该反应可用于汽车尾气处理。
制氢技术现状及展望
制氢技术现状及展望刘少文1,2吴广义1,2(1.天津大学化工学院催化科学与工程系,天津,300072;2.武汉化工学院化工系,湖北武汉,430073)摘要矿物燃料制氢是主要的制氢方法,其中以天然气蒸汽转化制氢的成本最低。
重油部分氧化和煤气化曾经是制氢的重要方法,由于生产成本较高其发展有所减缓。
这三种制氢过程制得合成气后还要经过变换完成进一步制氢,最后脱除CO2得到较纯的氢气,过程复杂。
随着燃料电池的商业化进程的日益加快,低成本的、不含或少含CO的制氢技术受到广泛关注,其中铁蒸汽法和甲烷催化裂解法制得的氢气不含CO和CO2,过程得到简化。
显然,矿物燃料制氢要向大气排放大量的温室气体,对环境不利。
水电解制氢是较理想的制氢方法,不产生温室气体,但生产成本较高。
因此水电解制氢适合电力资源如水电、风能、地热能、潮汐能以及核能比较丰富的地区。
其他制氢技术如热化学制氢、太阳能制氢、生物质制氢以及等离子体制氢也在开发之中,相信是矿物燃料制氢与水电解制氢的有效补充。
关键词氢气新能源制氢技术燃料电池中图分类号T Q116.2文献标识码A文章编号1008-9411(2003)05-0004-061前言氢气广泛用于工业过程中,如石油、化工、冶金、医药、航天等,其中用量最大的石油化工工业[1-5]。
在氢气的化工用途中,合成氨与石油炼制所占的比例较大。
随着社会对环境质量的日益重视,柴油汽油中允许的硫化物、芳烃化合物的含量逐步降低,这使氢气的需求量呈增长态势。
氢作为一种清洁燃料,具有燃烧热值高、燃烧产物是水,不会对环境排放温室气体,因此是一种较理想的二次能源,氢能源的使用也会增加市场对氢气的需求。
近年来,低温燃料电池已成功地步入了商业化时代[6],特别是质子交换膜燃料电池与碱性燃料电池,其较高的能量转换效率引起了社会各界的广泛关注。
这类燃料电池是一类氢燃料电池,它对CO比较敏感,如质子交换膜燃料电池要求CO含量低于20@10-6,而碱性燃料电池允许的CO含量也只有200@10-6[7]。
2023-2024学年上海市虹口区高三上学期化学一模试卷含详解
虹口区2023学年度第一学期期终学生学习能力诊断测试高三化学试卷考生注意：1.本试卷满分100分，考试时间60分钟。
2.本考试设试卷和答题纸两部分，试卷包括试卷与答题要求，所有答案必须涂(选择题)或写(非选择题)在答题纸上，做在试卷上一律不得分。
3.答题前，考生务必在答题纸上用水笔清楚填写姓名、准考证号，并将核对后的条形码贴在指定位置上。
4.本试卷的选择题，没有特别注明，为单选题，只有一个正确选项；若注明双选，有两个正确选项；若注明不定项，有1~2个正确选项，多选、错选不得分，漏选得一半分。
相对原子质量：H-1C-12N-14O-16S-32一、利用太阳能从水中获取氢气(本题共20分)1.水是清洁、可持续的氢能来源。
利用太阳能从水中获取氢气符合可持续发展的理念。
“太阳能直接热分解水制氢”通过集中阳光产生2000K以上高温，促使H2O分解为H2和O2；若温度进一步升高至5000K，H2与O2会分解为气态原子。
（1）H2O分解过程中断裂的化学键属于___________。
A．离子键B．极性共价键C．非极性共价键（2）在相同条件下，同时存在如下两个过程：ⅰ．2H(g)+O(g)=H2O(g)ⅱ．H2(g)+12O2(g)=H2O(g)比较下列量的相对大小(均从选项中选择)：①放出热量___________；②反应速率___________。
A．ⅰ>ⅱB．ⅰ=ⅱC．ⅰ<ⅱ2.“太阳能光催化分解水制氢”原理可以表示为：SO 23-(aq)+H2O(l)−−−→催化剂光SO24-(aq)+H2(g)。
（1）已知SO3呈平面正三角形结构，推测SO23-的立体构型为___________。
A．平面正三角形B．正四面体型C．三角锥型（2）能说明氯的非金属性比硫强的事实是___________。
A.溶解性：HCl>H2SB.氧化性：HClO>H2SO3C.热稳定性：HCl>H2SD.酸性：HCl>H2S（3）H2O与H2S结构相似，但H2O的沸点高于H2S，原因是___________。
氢能技术现状及未来发展趋势
氢能技术现状及未来发展趋势一．氢能背景和意义回顾人类所消耗的能源形式，远古时代的钻木取火、农耕时代开始使用的煤炭、工业时代大规模应用的石油与天然气，人们不断的开发和利用新型清洁能源，相对于太阳能、风能和水能通常会受到地理位置和季节的限制，而核能一旦泄露也会带来严重的环境问题，氢能由于自身的高燃烧热值、可持续性、储量丰富、零污染等优点进入人们的视野，发展氢能源能够实现真正的绿色、清洁、可持续发展。
当前，我国碳达峰、碳中和发展目标的提出，将进一步提速减碳的过程。
氢气作为零碳的能源载体，正在得到越来越多的关注：2050年世界上20%的CO2减排可以通过氢能替代完成，氢能消费将占世界能源市场的18%。
2023年国家重点研发计划启动实施“氢能技术”重点专项，目标是以能源革命、交通强国等重大需求为牵引，到2025年实现我国氢能技术研发水平进入国际先进行列，关键产业链技术自主可控，描绘出我国氢能产业发展技术路径的目标愿景。
“氢能技术”重点专项指南中，拟围绕氢能绿色制取与规模转存体系、氢能安全存储与快速输配体系、氢能便携改质与高效动力系统及“氢进万家”综合示范4个技术方向，启动“光伏/风电等波动性电源电解制氢材料和过程基础”等19个指南任务。
二．上游制氢技术路线虽然氢是地球上最多的元素，但自然状态下的游离态氢却较为匮乏，因此需要一定的制氢技术将氢气从含氢原料中大规模制备出来，以满足日益增长的氢气需求。
目前主要的制氢技术路线有以下几种：1.化石能源重整制氢目前中国最常见的制氢方法是以煤炭、天然气为主的石化燃料化学重整技术。
煤制氢主要分为煤焦化和煤气化两种方式。
煤的气化技术制取氢气是我国当前制取氢气最主要的方法之一，煤气化制氢是将煤与气化剂在一定的温度、压力等条件下发生化学反应而气化为以氢气和CO为主要成分的气态产品，然后经过CO变换和分离、提纯等处理而获得一定纯度的产品氢，该技术成熟高效，成本较低；天然气制氢技术主要有:蒸汽转化法、部分氧化法、催化裂解法、甲烷自热催化重整法等，其中以蒸汽转化制氢较为成熟，其他国家也有广泛应用。
制氢技术的生命周期评价研究进展
制氢技术的生命周期评价研究进展一、本文概述随着全球能源结构的转型和低碳经济的深入发展，氢能源作为一种清洁、高效的能源形式，正逐渐受到全球范围内的广泛关注。
作为氢能源产业链的关键环节，制氢技术的生命周期评价研究对于推动氢能源产业的可持续发展具有重要意义。
本文旨在对制氢技术的生命周期评价研究进展进行全面的梳理和评述，以期为相关领域的研究者和决策者提供有益的参考。
本文将对制氢技术的生命周期评价概念进行界定，明确其评价范围和评价方法。
在此基础上，文章将重点回顾国内外在制氢技术生命周期评价领域的研究进展，包括评价指标体系的建立、评价方法的创新以及评价结果的应用等方面。
通过对这些研究成果的梳理，可以发现当前制氢技术生命周期评价研究的发展趋势和存在的问题。
本文将对制氢技术生命周期评价的关键环节进行深入分析，包括原料获取、生产制造、运输储存、使用消耗以及废弃处理等阶段。
通过对这些环节的环境影响、能源消耗以及经济效益等方面的综合评价，可以更全面地了解制氢技术在整个生命周期内的环境影响和资源利用效率。
本文将探讨制氢技术生命周期评价研究的未来发展方向。
随着制氢技术的不断发展和完善，其生命周期评价研究也需要不断更新和完善。
未来研究应更加注重评价指标的科学性和全面性，加强评价方法的创新和改进，提高评价结果的准确性和可靠性。
还需要加强跨学科合作和国际交流，共同推动制氢技术生命周期评价研究的发展和应用。
本文将对制氢技术的生命周期评价研究进展进行全面的评述和分析，以期为氢能源产业的可持续发展提供有益的参考和借鉴。
二、制氢技术概述随着全球能源结构的转型和环保意识的日益增强，氢能作为一种清洁、高效的能源形式，正受到越来越多的关注。
制氢技术作为氢能产业链的关键环节，其发展和优化对于推动氢能应用具有重要意义。
目前，主流的制氢技术主要包括化石燃料制氢、电解水制氢、生物质制氢等。
化石燃料制氢是最常见的制氢方式，主要包括天然气重整制氢、煤制氢等。
氢能源发展现状研究以及建议措施
氢能源发展现状研究以及建议措施我国氢能发展现状近年来，国内外氢能产业持续快速发展，其中燃料电池产业更是成为各地布局新能源发展的重要抓手之一。
顶层设计是产业导入期行业发展的“风向标”。
我国氢能发展正处于从示范运营到商业化扩张的过渡阶段，顶层设计呈现出国家引导信号充分释放、地方规划布局百花齐放的特征。
（1）国家层面：政策导向逐渐由技术储备走向产业化集成“十五”和“十一五”期间，我国氢能发展政策主要以引导技术储备为导向。
2006年2月国务院出台《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》，将氢能及燃料电池技术列入先进能源技术，提出重点研究高效低成本的化石能源和可再生能源制氢技术、经济高效氢储存和输配技术、燃料电池基础关键部件制备和电堆集成技术、燃料电池发电及车用动力系统集成技术。
“十二五”期间，我国氢能发展政策逐步由引导技术储备过渡到了引导产业化集成，将发展氢能纳入了高技术产业、新能源汽车产业和能源发展战略的“版图”。
2011年6月国家发改委、科技部等五部门联合发文《当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2011年度）》，将氢开发与利用纳入高技术产业化重点领域。
2012年6月国务院发布《节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）》，提出燃料电池汽车、车用氢能产业要与国际水平保持同步。
2014年5月国务院办公厅发文《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》，将氢能与燃料电池、能源基础材料纳入重点创新方向。
2014年11月财政部、科技部、工信部和国家发改委联合出台《关于新能源汽车充电设施建设奖励的通知》，明确对于符合国家技术标准且加氢能力不低于200公斤的新建燃料电池汽车加氢站奖励400万元/座。
2015年5月国务院出台《中国制造2025》，燃料电池汽车被写入氢能的重点应用领域和先进装备制造业。
进入“十三五”以来，我国氢能发展政策站位更加明确、路线更加清晰，上升到了能源战略和国家创新战略。
氢能产业技术现状及发展趋势展望
氢能产业技术现状及发展趋势展望摘要：迫于环保压力及碳减排目标，世界各国均愈发重视新能源产业的发展，其中氢能作为清洁的二次能源在应对气候变化、保障我国能源安全方面有着不可忽视的巨大潜力。
本文基于国内外氢能技术进展，从氢气的制取、储存及运输方面，论述了当前氢能产业的技术现状及发展趋势，并对我国氢能产业的发展提出了相关建议。
关键词：氢能；氢气制取；氢气储存；氢气输送；能源安全1氢能产业发展背景化石燃料等传统能源的使用引起的气候变化及环境影响问题越来越受到世界各国的重视，各国近年对新能源产业布局的力度亦显著加大。
对我国而言，当前全社会能源消耗已严重依赖进口，因此未来能源需求的转型不仅是应对气候变化的必然需求，更是保障国家能源安全、维护社会稳定的必然需求，加之“碳达峰、碳中和”目标的提出更是对我国能源体系提出了严峻的挑战，但同时也为新能源产业发展提供了重要机遇。
在众多新能源产业中，风能、光能等已获得大规模应用，而随着技术的进步，氢能因其独特的优势越来越受到人们的青睐。
国内外的广泛研究及实践均表明，氢能可应用于燃料电池、储能、发电、工业原料及民用燃气等诸多领域，而对环境的影响很小甚至没有影响。
氢能作为清洁的二次能源，其实现规模化储存的潜力巨大，氢能的普及将替代相当部分的传统能源消费而深刻改变我国的能源消费格局。
我国氢能产业从制氢技术、液氢装备、燃料电堆、系统到关键部件技术研发取得一系列关键技术突破，形成了涵盖制氢、储-输氢、氢安全、燃料电池及整车应用等技术的产学研用研发体系[1]。
截至2021年底，我国氢能产业链企业已超过1000家，集中分布在京津冀地区、粤港澳大湾区、长三角地区。
2氢能产业技术现状2.1 氢气制取技术现状氢的来源可谓广泛，主要供应方式有煤炭、天然气等化石燃料重整制氢、工业副产氢和电解水制氢，此外还有一些潜在可实现规模化供氢的技术方式，如：生物制氢、光热制氢、光电制氢等。
目前，95%以上的氢气来自化石能源重整制氢和工业副产氢，其他氢气来源仍然非常有限。
太阳能的利用现状及未来发展研究
太阳能的利用现状及未来发展研究一、内容描述随着全球能源危机与环境问题日益严重，新能源研究与利用受到广泛关注。
太阳能作为一种清洁、可再生、永续的能源，其利用研究成为热点。
本文将介绍太阳能的利用现状及未来发展，并对发展趋势进行展望。
太阳能是指太阳产生的能量。
根据其直接利用方式，可以将太阳能划分为两大类：一是光伏发电，即利用太阳光电池将太阳光直接转化为电能；二是光热发电，即利用太阳光对工质进行加热，然后利用热力循环产生电能。
光伏发电市场在全球范围内快速发展。
光伏发电主要设备为太阳能电池板，其原理是利用太阳能光电池吸收太阳光，将太阳光能转化为电能。
据国际能源署（IEA）数据显示，全球光伏产量在过去十年中实现了显著增长。
光热发电也称为集热式太阳能发电，其原理是利用太阳光的热量加热工质产生高温高压蒸汽，驱动蒸汽涡轮机转动发电。
光热发电的主要技术形式包括槽式和塔式。
光热发电目前处于发展起步阶段，但已经开始在全球范围内得到应用。
随着全球对可再生能源的需求不断增长，太阳能市场有着巨大的发展潜力。
尤其在发展中国家，电网覆盖范围有限，太阳能作为一种分布式能源，可以提高能源供应的稳定性和可靠性。
随着科研实力的不断增强，太阳能技术将持续创新。
太阳能电池转换效率将达到新高，光热发电系统将实现更高的工作温度和更低的成本。
各国纷纷出台可再生能源政策，对太阳能发展给予大力支持。
德国、美国等国家实施了一系列扶持政策，促进太阳能产业的发展。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源，在全球能源结构转型的大背景下，其研究和利用将继续深化。
光伏发电和光热发电技术将不断完善，市场需求将不断扩大，产业发展前景广阔。
1. 太阳能的重要性与广泛应用前景“太阳能的重要性与广泛应用前景”主要探讨了太阳能作为可再生能源的重要性，以及在未来的能源结构中其广泛应用的潜力。
太阳能作为一种清洁、可再生的能源，具有巨大的发展潜力。
随着科技的进步和成本的降低，太阳能的应用逐渐从理论走向现实，从小规模示范项目到商业化运行，成为推动世界能源转型的重要力量。
氢能利用及技术发展方向综述
氢能利用及技术发展方向综述一、氢能源的前景目前世界各国都在因地制宜的发展核能、太阳能、地热能、风能、生物能、海洋能和氢能等新型能源，其中氢能以资源丰富、热值高、无污染等优点被认为是未来最有希望的能源之一。
美、欧、日等发达国家都从国家可持续发展和安全战略的高度，制定了长期的氢能源发展战略。
美国的氢能发展路线图从时间上分为4 个阶段：①技术、政策和市场开发阶段；②向市场过渡阶段；③市场和基础设施扩张阶段；④走进氢经济时代。
从2000年至2040年，每10年实现一个阶段。
而欧盟划分为三个阶段，即短期，从2000年到2010年；中期，从2010年到2020年；中远期，从2020年到2050年。
第一阶段将开发小于500kW的固定式高温燃料电池系统(MCFCPSOFC）；开发小于300kW的固定式低温燃料电池系统(PEM)。
第二阶段是新的氢燃料家用车比例要达到5%，其他氢燃料交通工具比例达到2%。
所有车的平均二氧化碳排放量减少2.8g/km，二氧化碳年排放量减少1500万t。
第三阶段是新的氢燃料家用车比例要达到35%，其他氢燃料交通工具比例达到32%。
所有车的平均二氧化碳排放量减少44.8g/km，二氧化碳年排放量减少2.4亿t 。
中国对氢能的研究与发展可以追溯到上世纪60年代初，中国科学家为发展国家的航天事业，对作为火箭燃料的液氢的生产、H2/02燃料电池的研制与开发进行了大量有效的工作。
上世纪7O 年代，将氢作为能源载体和新的能源系统进行开发。
2003 年11月中国加入了“氢能经济国际合作伙伴”，成为其首批成员国之一。
在中国公布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》和《国家“十一五”科学技术发展规划》中都列入了发展氢能和燃料电池的相关内容。
目前中国已在氢能相关技术的研发领域取得了多方面的进展。
在国家科技部和各部委基金项目的支持下，中国已初步形成了一支由高等院校、中科院、能源公司、燃料电池公司、汽车制造企业等为主的从事氢能与燃料电池研究开发及利用的专业队伍，研发领域涉及氢经济相关技术的基础研究、技术开发和示范试验等方面。
光催化研究发展综述性报告
光催化研究发展综述性报告本人申请攻读动力工程与工程热物理专业博士学位，由于对后续能源与新能源技术专业太阳能分解水制氢方向有浓厚的兴趣，通过对相关文献的阅读和参加相关报告，对太阳能光催化分解水制氢有了详细的了解，对其发展简述如下：/ 、八1.前言当今人类社会面临能源和环境两大问题[1-2]。
能源的短缺和环境的污染严重制约着人类社会的发展。
一方面，社会的高速发展使得人类对于能源的需求越来越大，而我们目前所用的能源还是以传统的化石燃料为主，但是因为化石燃料的不可再生性，或者说是形成的时间周期太长，使得其必有枯竭的一天。
据估计，按照目前的开采水平和消耗量，石油还能够维持四十年左右，煤炭最多也就是两百年，而天然气还可以维持大概六十多年。
另一方面，化石燃料的燃烧，引起严重的环境污染和对环境的危害，如温室效应、酸雨、光化学烟雾等等，对人类的生存产生了严重的威胁。
研究自然的、社会的、生态的、经济的以及利用自然资源过程中的基本关系，以确保全球的可持续发展已经成为各国都十分关注的一个话题。
就像美国，在2009 年提出的7870 亿美元的巨额经济刺激计划中，把发展新能源定位于抢占未来发展制高点的重要战略产业，并提出在未来的三年的时间里，国内可再生能源产量要增加一倍。
而我国人口众多，常规能源储备远低于世界平均水平，而且近几十年来，环境污染也是日益严峻。
这使得寻找一种清洁可持续的替代能源变得更加迫切。
而我国幅员辽阔，拥有极为丰富的太阳能资源，开发潜力巨大，从长远发展来看完全可以满足国家可持续发展的需求。
但太阳能能量密度低、分散性强、不稳定、不连续的缺点使得我们至今仍缺乏对其高效低成本大规模利用的有效手段。
但是考虑到占地表约3/4 的水域和植物的光合作用，我们是不是可以利用太阳能分解水，制取氢气,而氢气又是是一种无色无臭无味无毒的清洁燃料，具有储能密度高、无污染、易于与电能相互转换等优点，被视为一种最为理想的替代能源。
1972年，日本学者Fujishima和Honda[3]对光照TiO?电极导致水分解产生氢气的发现，使得太阳能转化为氢能成为了现实，也为利用太阳能过程中各种困难的解决提供了一个理想的途径。
可再生能源制氢技术,实践与应用
可再生能源制氢技术,实践与应用摘要：随着科技的发展，氢在工业生产中的地位越来越重要，人们对氢的需求也越来越大，对纯度的要求也越来越高，氢气作为最具潜力的替代矿物燃料，在今后的发展中将占据重要地位。
常规的氢气生产工艺既要消耗一次能源又要生产原材料，而利用可再生能源制氢的生产方法可以产生很高的能源效益。
关键词:可再生能源；制氢技术；实践引言：氢是二十一世纪最有发展空间的能源之一，可以帮助改善气候变暖问题、温室效应问题以及大气污染问题，当前，我国的氢能行业已经从传统的工业原材料转变为循环利用的可持续发展模式。
而推广和有效利用氢气必须先从氢能源入手，已经有专业领域开始在已有技术的基础上进行源头探索，旨在生产和开发更加经济适用的制氢新技术。
一、传统制氢技术（一）一次能源制氢一次能源制氢的基本原则是将原材料和水蒸汽或氧在特定的温度下转化成反应气体，再经过变换、分离和提纯，得到对应的纯氢。
当前，我国主要的生产形式是一次能源的生产。
（二）化工副产氢气回收许多化学过程中，氢并非主要产物，一般常见的氢气多数为附属产品，回收氢气以后可以进行再次循环利用。
该技术的应用范围包括烧碱、焦炭和氰化钠的生产。
每次生产2吨的氰化钠会产生1400Nm3的氢气，其中H2含量在81%-91%之间；焦炉煤气中的H2含量在62.3.%~72.3%之间，在2吨的焦炭中，可以得到840Nm3的辅助气体。
（三）含氢物质制氢氢气中包括了水、甲醇、硼氢化钠、氨等成分。
在八百摄氏度的温度下，气态氨被催化成氢、氮，再通过气相分离，获得了高纯度的氢。
硼氢化钠是一种以常规方法制备高纯度氢气的工艺。
硼氢化钠是一种很好的还原剂，可以通过在强的碱水中和催化剂的催化下进行水解而得到亚硼酸盐和氢。
在此基础上，将甲醇与水蒸汽充分搅拌，再经加压、加温等工艺，使其在催化、转换中得到氢气。
二、风光电解制氢技术（一）碱液电解制氢（ALK)电解水制氢是氢燃料电池反应的逆过程，即通过水电解在阴极上产生H2、在阳极上产生O2。
制氢技术的现状及发展前景
制氢技术的现状及发展前景摘要：近些年，我国科技水平迅速发展，工业制氢技术也有了很大进步。
通过对制氢技术的现状分析，了解目前我国制氢技术的发展前景。
要想推动制氢技术快速发展，我国需加大支持力度，加强国内外研究院之间的研发合作，最大化开发和投入制氢技术，使制氢技术在当今社会快速发展。
关键词：制氢技术；现状；发展前景引言氢能作为一种清洁的二次能源正在世界范围内掀起一场能源革命，同时我国的资源现状导致一次能源进口依存度较高，不利于我国的能源安全。
而氢能作为一种来源广泛的二次能源，制备手段多样且可以做到清洁低碳，是我国实现能源自主安全可控的希望。
一方面，传统工业用氢市场不断扩充;另一方面，氢燃料电池产业的兴起也进一步扩大了氢能消费市场，巨大的氢气需求对氢能产业链中的制氢环节提出了当务之急要解决的两点问题:经济性和规模化。
当前主流的制氢路线有工业副产氢、化石能源制氢以及水电解制氢。
结合工程经验，本文依据以上几大制氢路线的固有特性展开分析，研究其在我国氢能产业发展的不同阶段所承担的历史责任。
1新能源制氢技术的发展现状化学链制氢技术最早是在1983年德国科学家Richter和Knoche二人首次提出的化学链燃烧概念，经过后期的研究使其与蒸汽铁法制氢相结合形成现在的化学链制氢技术。
所谓化学链制氢技术就是通过燃料反应器、蒸汽反应器以及空气反应器这三个反应器组成的。
整个制作过程就是通过烃类水蒸气反应生成二氧化碳及氢气。
目前，我国化学链制氢技术的主要燃料是天然气，相对于水蒸气重整制氢来说，化学链制氢技术装置简单、无需更换设备即可完成氢碳分离，污染物的排放量较低，投资少、消耗低，但在实际应用当中还是存在诸多问题有待我们解决。
我国传统的制氢技术采用的都是化石原料，在生产过程中会产生大量的污染物以及二氧化碳，对环境造成严重的影响。
新能源制氢技术的发展则有效的改善化石原料所带来的不良影响。
制氢技术的发展现状主要通过化学链制氢技术、生物质制氢技术以及风电、光电制氢技术三方面进行分析。
氢能利用所面临的问题及解决方案
氢能利用所面临的问题及解决方案问题：1.制备氢气所消耗的能量比所得到的能量更多，这使得制备氢气并不实惠。
我们必须寻找更加高效、廉价的制备氢气的方法。
氢气能否广泛使用，制氢工艺是基础，目前主要的制氢工艺主要包括：1）采用矿物燃料、核能、太阳能、水能、风能及潮汐能等方式电解水制备氢气是目前的主要研究方向，其中以利用太阳能制氢的研究最多也最有前途；2）热化学循环分解水制氢方法是在水反应系统中加人中间物，经历不同的反应阶段，最终将水分解为氢和氧，且中间物不消耗；3）光化学制氢是在有光照催化剂作用下，促使水解制得氢气；4）矿物燃料制氢是利用化学方法将矿物中的氢元素提取出来的方法，如煤的焦化、煤的气化等；5）生物质制氢是在将生物体中的氢元素通过裂解或者气化的方法提取出来的方法；6）各种化工过程副产品氢气的回收，如氯碱工业、冶金工业等。
水电解制氢、生物质制氢等制氢方法，现已形成规模，其中，低价电解水制氢方法在今后仍将是氢能规模制备的主要方法，目前应用中尚需要降低电耗。
2.氢气的存储。
(1）有机氢化物储氢材料，分为稀土系储氢合金（LaNi）、镁基储氢材料、钛系储氢材料、钒基固溶体型储氢材料，优点是安全可靠，储氢能耗低，单位体积储氢密度高，还可以将氢气纯化、压缩，是目前最常用的储氢材料（2）碳质储氢材料，分为超级活性炭吸附储氢、碳纳米管/纳米碳纤维吸附储氢，对少数的杂质气体不敏感，可反复使用（3）络合物储氢材料（4）有机物储氢材料，借助不饱和液体有机物和氢的一对可逆反应来实现，优点是储氢量大，便于存储和运输，可多次循环使用，加氢反应可放出大量热供使用。
3.氢气的运输。
氢运输主要运输四种状态的氢：低压氢气、高压氢气、液氢和固态氢（金属氢化物储氢和有机氢化物储氢等）。
运输技术主要有管道运输、机动车运输、船运。
选择何种运输方式基于以下四点综合考虑：运输过程的能量效率、氢的运输量、运输过程氢的损耗、运输里程。
液氢运输的能量效率高，但是仅液化过程就消耗三分之一的氢能量，同时还存在氢气蒸发和运输设备绝缘的复杂技术要求。
制氢相关工作总结范文(3篇)
第1篇一、前言随着全球能源需求的不断增长，清洁能源的发展成为我国能源战略的重要组成部分。
氢能作为一种清洁、高效、可再生的能源，具有巨大的发展潜力。
制氢技术作为氢能产业的核心环节，近年来得到了广泛关注。
本报告将对制氢相关工作进行总结，包括技术发展、政策环境、市场前景等方面。
二、技术发展1. 制氢方法（1）热化学制氢：包括高温分解水制氢、碳氢化合物裂解制氢等。
其中，高温分解水制氢具有较高的理论效率，但设备成本高、能耗大；碳氢化合物裂解制氢技术成熟，但原料消耗量大，环境影响较大。
（2）光解水制氢：利用太阳能光解水制氢，具有清洁、可再生等优点。
目前，光解水制氢技术正处于研究阶段，效率较低，成本较高。
（3）生物制氢：利用微生物将有机物转化为氢气，具有原料来源广泛、环境影响小等优点。
生物制氢技术相对较新，仍需进一步研究。
（4）电解水制氢：通过电解水产生氢气，具有技术成熟、原料来源广泛等优点。
目前，电解水制氢技术分为碱性电解水制氢、质子交换膜电解水制氢和固体氧化物电解水制氢。
2. 制氢设备（1）高温分解水制氢设备：主要包括高温炉、反应器、冷凝器等。
（2）光解水制氢设备：主要包括太阳能电池板、反应器、集氢器等。
（3）生物制氢设备：主要包括发酵罐、反应器、集氢器等。
（4）电解水制氢设备：主要包括电解槽、直流电源、控制系统等。
三、政策环境1. 国家政策近年来，我国政府高度重视氢能产业发展，出台了一系列政策措施，包括：（1）将氢能产业纳入国家战略性新兴产业规划。
（2）加大对氢能产业的政策支持力度，鼓励企业研发和推广制氢技术。
（3）设立氢能产业发展基金，引导社会资本投入氢能产业。
2. 地方政策各地政府积极响应国家政策，出台了一系列地方性政策措施，包括：（1）设立氢能产业发展专项资金，支持氢能产业项目。
（2）优化氢能产业项目审批流程，提高项目落地效率。
（3）鼓励企业参与氢能产业研发和推广，提升产业技术水平。
四、市场前景1. 国内市场随着我国氢能产业的快速发展，制氢设备市场需求逐年增长。
两步式热化学循环分解水制氢研究进展
两步式热化学循环分解水制氢研究进展陈晶澈;张彦威;周俊虎【摘要】利用太阳能来分解水制氢一直是研究热点.基于金属氧化物的两步式热化学循环分解水因具有工艺简单,能源效率高等优点而受到了广泛关注.介绍了国内外在该领域的研究现状,并分析了各种金属氧化物循环优缺点.【期刊名称】《能源工程》【年(卷),期】2016(000)002【总页数】7页(P21-27)【关键词】两步式;热化学循环;分解水;制氢【作者】陈晶澈;张彦威;周俊虎【作者单位】浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江杭州310027;浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TK91煤炭、石油、天然气等化石燃料引发的环境污染和温室效应日趋严重，迫使清洁能源成为全球开发和利用的研究热点，其中具有代表性的有太阳能、风能、潮汐能等可再生能源。
氢能作为一种清洁高效的二次能源载体，具有来源丰富、质量轻、热值高、绿色环保、利用形式和储存方式多样等特点，不仅能满足现阶段的低碳发展需求，也能在未来能源格局中发挥重要作用。
利用太阳能分解水制氢是人类梦寐以求的，然而H2O是非常稳定的化合物，其在标准状态下的分解反应及状态函数变化如下：从状态函数变化可以看出，该过程是一个强吸热过程，而由热力学计算可得，当温度为4400℃左右时，该反应的吉布斯自由能才为零。
有研究表明，当温度在2250℃以上时，该反应才比较明显。
由于水的直接分解需要的温度太高，且在高温下，氢气和氧气很难及时分离，逆反应明显，因此直接热分解水目前几乎是不可行的。
热化学循环水分解制氢的概念提出于20世纪60年代[1]，该方法将一种或几种中间物加入水中，通过一系列不同但又相互关联的化学反应，利用热能最终将水分解成氢气和氧气，而中间物不消耗。
该方法相比直接热解水制氧法可极大地降低反应温度。
两步式热化学循环分解水因其具有工艺简单，能量利用效率高等优点，是目前国际上的研究热点之一。
太阳能分解水制氢存在问题与前景展望
太阳能分解⽔制氢存在问题与前景展望导读：1、太阳光热化学分解⽔制氢；2、太阳能发电、电解⽔制氢(PTG)；3、太阳能直接电解制氢原理图；4、沙特阿拉伯—个350kw的太阳能制氢系统；5、中国第⼀个太阳能氢系统；6、太阳能制氢技术应⽤的项⽬介绍,。
⽬前的光催化剂和光催化体系仍存在诸多问题，距离实际的应⽤尚需时⽇。
⽐如，⼤多数光催化剂仅在紫外光区域稳定有效，在可见光区域则活性较低，能量转化效率也不⾼。
因此，未来的研究⽅向⾸先仍应当是⾼效、稳定、低成本的可见光催化剂的研制。
其次，综合利⽤对光催化剂的改进与修饰⼿段，构建合适的光催化反应体系亦⼗分重要。
若能将该体系与⽔处理等其他单元有机耦合，同样不失为个有前景的发展⽅向。
2017年最新进展，针对光解⽔制氢过程中的逆反应严重、氢⽓难分离和存储的问题，研究⼈员从英国科学家安德烈海姆爵⼠(诺贝尔奖获得者)和中国科学技术⼤学吴恒安教授的研究⼯作得到启发：⽯墨烯能够隔绝所有⽓体和液体，缺对质⼦能够“⽹开⼀⾯⼤⽅放⾏。
利⽤这⼀⼤⾃然给质⼦开的“⽅便之门”，江俊等设计了种⼆维碳氮材料与⽯墨烯基材料复合的三明治结构。
⽽在这三明治结构体系中，碳氮材料夹在两层官能团修饰的⽯墨烯中。
第⼀性原理计算表明，这体系可以同时吸收紫外光和可见光，利⽤太阳光能产⽣激⼦，光⽣激⼦迅速分离形成⾼能电⼦和空⽳并分别迁移⾄中间的碳氮材料和外层的⽯墨烯材料上。
⽽吸附在⽯墨烯基材料活性位点上的⽔分⼦在光⽣空⽳的帮助下，发⽣裂解，产⽣质⼦。
这些产⽣的质⼦受碳氮材料上内建静电场驱动，可穿透⽯墨烯材料，运动到内部的⼆维碳氮材料上，并且遇到电⼦后反应产⽣氢⽓。
由于⽯墨烯唯⼀放⾏的仅仅是氢原⼦(质⼦)，⽽光解⽔产⽣的氢⽓不能穿透⽯墨烯材料，导致光解⽔产⽣的氢⽓分⼦将被安全地保留在三明治复合体系内；同时O2、OH等体系也⽆法进⼊复合体系，抑制了逆反应的发⽣，实现了⾼储氢率下的安全储氢。
这⼀研究体系以较低的成本，巧妙地抑制了光解⽔制氢的逆反应发⽣，实现了氢⽓的有效提纯，是⾸个安全制氢与储氢⼀体化的设计[18]。
太阳能制氢技术
太阳能制氢技术一、前言随着地球变暖以及能枯竭等问题的出现，我们必须利用可再生资源进行制造二次能源，而太阳能是取之不尽用之不竭的环保能源，氢能源被目前认为是二次能源中最为理想的没有污染的绿色能源。
利用太阳能制氢，在能源总量和利用的角度上，可以满足人们日益增长的能源需求，解决目前的能源缺口，这一技术被越来越多的科学家所重视。
二、太阳能制氢的技术分类1.太阳能电解水制氢电解水制氢是获得高纯度氢的传统方法。
其原理是：将酸性或碱性的电解质溶入水中，以增加水的导电性，然后让电流通过水，在阴极和阳极上就分别得到氢和氧。
目前，世界上已有许多先进的大型电解装置在运行，一天制氢量在千吨以上，电―氢的转化效率可达.+ ，以上。
太阳能电解水制氢的方法与此类似。
第一步是通过太阳电池将太阳能转换成电能，第二步是将电能转化成氢，构成所谓的太阳能光伏制氢系统。
由于太阳能―氢的转换效率较低，在经济上太阳能电解水制氢至今仍难以与传统电解水制氢竞争。
2.太阳能热化学制氢太阳能热化学制氢是率先实现工业化大生产的比较成熟的太阳能制氢技术之一。
它的优点是生产量大，成本较低，许多副产品也是有用的工业原料。
其缺点是生产过程需要复杂的机电设备，并需强电辅助。
3.太阳能光化学制氢目前光化学制氢的主要光解物是乙醇。
乙醇是很多工业生产过程中的副产物，也容易从农作物中得到。
在适当条件下，阳光可使乙醇分解成氢气和乙醛。
这里关键是“适当条件”。
虽然乙醇比水容易分解，但反应不会自己发生，乙醇必须吸收大量的光能才会分解。
乙醇是透明的，对光能几乎不直接吸收，必须加入光敏剂。
目前，科学家们选用的光敏剂主要有：二苯（甲）酮等。
二苯（甲）酮能很有效地吸收可见光，并通过另一种催化物胶状铂使乙醇分解成为氢。
然而，二苯（甲）酮也是无色的，只能吸收可见光谱中有用能量的12 左右，因此科学家正在探寻能提高二苯（甲）酮吸光率的新催化物。
4.太阳能光解水制氢20 年以前，化学家们就提出了用太阳能光解水制氢的设想，但由于诸多因素的困扰，使得这一设想一直局限于实验室中。
利用太阳能制氢的方法及发展现状
利用太阳能制氢的方法及发展现状大家好呀！今天咱就来好好唠唠利用太阳能制氢这事儿，这可是个挺酷的研究领域呢！一、太阳能制氢的方法。
咱先来说说这太阳能制氢都有哪些办法哈。
1. 光催化分解水制氢。
这就像是给太阳能找了个神奇的“小助手”——光催化剂。
当太阳光照射到光催化剂上时呀，光催化剂就像被施了魔法一样，能够吸收光能，然后把水分解成氢气和氧气。
常见的光催化剂有二氧化钛等。
不过呢，这个方法目前还面临一些小挑战，比如说光催化剂的效率还不是特别高，对太阳光的利用范围也比较有限，就好像一个挑食的小朋友，只喜欢吃特定的“食物”（特定波长的光），这就需要科学家们继续努力，给它“改善改善口味”啦。
2. 光电化学分解水制氢。
这个方法有点像给太阳能制氢搭了个“小电站”。
它利用半导体材料制作电极，当太阳光照射到电极上时，就会产生电流，这个电流就像一个勤劳的小工人，能帮助把水分解成氢气和氧气。
不过呀，这个“小电站”目前也有一些小毛病，比如说电极材料的稳定性还不够好，容易“生病”，这就影响了制氢的效率和寿命。
科学家们也在想办法给它“治治病”，让它更健康、更稳定地工作呢。
3. 太阳能热化学制氢。
这就像是给太阳能找了个“大熔炉”。
通过聚集太阳光，把温度升高到很高很高，然后利用高温来驱动化学反应，把水或者其他含氢物质转化成氢气。
这种方法的优点是制氢效率比较高，但是呢，它对设备的要求也很高，就像要打造一个超级耐高温的“大熔炉”，这可不容易呀，成本也比较高。
所以科学家们还在努力研究怎么把这个“大熔炉”做得更好、更便宜呢。
二、太阳能制氢的发展现状。
说完了方法，咱再看看这太阳能制氢现在发展得怎么样啦。
1. 研究进展。
这些年呀，全世界的科学家们都在努力研究太阳能制氢，取得了不少成果呢。
比如说，在光催化剂的研发方面，已经发现了很多新的材料，它们的性能比以前的要好一些，就像升级换代了一样。
在光电化学分解水制氢方面，电极材料的制备技术也有了很大的进步，让“小电站”的工作效率更高了。
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太阳能金属热化学循环制氢现状冯林永1,杨显万1,蒋训雄2,汪胜东2(11昆明理工大学材料与冶金工程学院,昆明 650093; 21北京矿冶研究总院,北京 100044)摘 要:介绍太阳能电解水制氢、直接分解水制氢、金属热化学循环制氢气的优缺点,说明两步热循环制氢具有优良的发展前景。
重点介绍了Fe,M g,Al,Zn 等金属在两步热化学循环制氢中的反应温度、动力学、能量利用率及副产品等指标,指出ZnO/Zn 最适合热化学循环制氢,并介绍ZnO/Zn 两步热循环制氢的最新设备。
展望热化学循环制氢未来发展方向。
关键词:化学工程;氢气制备;热化学循环;太阳能中图分类号:TQ11612;TK519;T K91 文献标识码:A 文章编号:1001-0211(2008)04-0109-06收稿日期:2006-11-22作者简介:冯林永(1980-),男,湖北仙桃县人,博士,主要从事冶金能源等方面的研究。
氢的热值(142000kJ/kg )是石油热值(48000kJ/kg)的3倍,在石油中加入5%的氢,可提高效率20%。
氢燃烧产物主要是水,具有无污染、无毒等环保优势,是矿物燃料无法比拟的。
近几年来,随着质子交换膜氢燃料电池技术获得前所未有的进展,氢燃料电池被视为最具潜力的环保汽车动力源并逐步走向商品化。
然而传统的制氢方法需要消耗巨大的常规能源,使氢能身价太高,大大限制了氢能的推广应用。
利用取之不尽、廉价的太阳能作为氢能形成过程中的一次能源,可使氢能开发展现出更加广阔的前景。
目前太阳能制氢技术主要有分解水制氢、热化学循环制氢气、化石燃料脱碳制氢、生物质制氢。
介绍分解水制氢和热化学循环制氢研究现状。
1 太阳能分解水制氢111 电解水制氢太阳能电解水制氢第一步是通过太阳电池将太阳能转换成电能,第二步是将电能转化成氢能,构成所谓的太阳能光伏制氢系统。
电解制氢可分为常规电解、高压电解、高温电解三种[1]。
常规水电解使用惰性电极,碱性溶液或无机酸来传导电流进行电解,阴极和阳极用微孔膜分开以阻止气体产物的混合,在输出压力012~015M Pa 下,电解过程的效率可达65%。
高压电解是利用气态氢气的体积能量密度相当低的优势来电解,该技术已经发展成熟并在德国进行了5kWe 高压电解反应器的试验。
高温电解兴起于20世纪80年代,它是将分解水的一部分太阳能以高温的形式供入来降低反应的电量,它能加快反应的动力学,降低电池的内电阻,增加总能量效率,但该法运行温度高,给材料的选择带来了一定限制。
目前,高温固体氧化电解(SOECS)能将水蒸气和CO 2的混合气体电解为CO 和H 2。
112 直接分解水制氢太阳能直接分解水过程表示为式(1)。
反应(1)虽然形式简单,但需要很高的温度(3000K 以上、011MPa 压力时水的分解率64%),也需有效技术分离H 2和O 2以避免爆炸。
分离氢气的方法有渗出分离[2-4]和电解分离[5-6]。
Kogan 和Diver 等人在ZrO 2衬底的半渗透膜上实现了氢和氧的分离[7]。
太阳能直接分解水反应器的材料需耐高温,且高温时反应器会发生明显的二次辐射,降低了对太阳能的吸收,这大大限制了其应用。
H 2O=H 2+1/2O 2(1)2 热化学循环制氢气211 多步热循环早期的多步热循环研究温度都比较低。
Ser -pone 和Funk 分别论述了多步热循环法,其中有代表性的多步热循环法有GA 三步循环和UT 3四步循环[8-11]。
GA 三步循环法是在1130K 时热分解硫酸制氢,U T3四步循环法是在1020K 和870K 分别用CaBr 2和FeBr 2制氢。
多步热循环(一般2步以上)热传递和产物分离的热效率都比较低。
212 金属氧化物热分解-水解制氢热分解金属氧化物水解制氢过程如图1所示。
第一步是金属氧化物吸收太阳能热分解为金属和或低价的金属氧化物,为吸热过程,第二步是金属水解第60卷 第4期2008年11月有 色 金 属Nonferrous M etalsVol 160,No 14November 2008形成相应的氧化物和氢气,为放热过程。
该方法可使氢气和氧气再不同的阶段生成而自动分离,反应可以表示为式(2)和式(3),其中M 表示金属,M x O y 表示相应的金属氧化物。
式(2)和式(3)的总反应即为式(1)。
M x O y y x M +y /2O 2(2)x M +y H 2O y M x O y +y H 2(3)图1 两步热循环过程Fig 11 2-step thermochemical cyclic processes两步热循环由Nakam ura 提出,最先用的氧化还原对为Fe 3O 4/FeO 。
在2300K 以上Steinfeld [12]对磁铁矿进行了热分解试验,产物为铁酸盐[13]。
T ofighi 和Sibieude 在太阳能炉里也进行了试验研究,所得产物需要快速冷却以避免再氧化,但快速冷却会导致太阳能损失约80%[14-15]。
后来,Ehrens -berger 等人用金属Mn 和Ni 置换Fe 3O 4中的一部分铁离子得混合金属氧化物(Fe 1-x M x )3O 4,然后用太阳能将其还原为(Fe 1-x M x )1-y O,最后将低价氧化物水解获得了氢气,该方法与Fe 3O 4制氢相比更容易被还原且还原的温度较低[16]。
Palumbo 研究了TiO 2/TiO x (x <2)氧化还原对制氢气,在空气中用太阳能将T iO 2加热到2700K 热分解得低价混合物T i n O 2n -1(1<n <4),再水解获得氢气,实验表明热分解反应速率受氧气在液体表面扩散限制[17-18]。
Sturzenegger 研究了添加剂对循环过程的的影响,在氧化物Co 3O 4,Mn 3O 4中加入添加剂NaOH 后在900K 反应后水解制氢,热循环效率变大(最高可达74%)且氢气产量明显增加,加入NaOH 后反应变为三步热循环[15,19]。
Palumbo 研究了ZnO 的热分解,在2340K 热分解反应的$G 0=0,$H 0=395kJ/mol [20]。
We-i denkaff 等人用热重法测定了热分解反应活化能在310~350KJ/mol 之间[21-22]。
M oeller 和Palumbo用直接太阳能辐射ZnO 颗粒获得了热分解的速率方程和阿仑尼乌斯参量[16]。
Steinfeld 研究了其热化学循环的放射本能效率,在不回热量时效率仅29%,如果回收急冷和水解的热量可达82%[20]。
Weidenkaff 等人在有O 2存在的管式炉里研究了锌蒸汽部分结晶冷却,在缺少晶核的地方Zn (g )可以以金属稳定态与O 2共存,若存在晶核则需急冷以避免它们重新结合[23]。
Fletcher 等人提出了高温电热分离Zn (g)与O 2,在小型太阳能炉上验证该方法能进一步回收产物的显热和潜热(如锌冷凝的热量116kJ/mol)[24,25-26]。
现阶段研究表明,所有氧化还原对中ZnO/Zn 的物理化学性质决定了它最适合两步热循环制氢。
H aueter 等人设计了图2所示的ZnO/Zn 太阳能分解反应器[27]。
聚集的太阳光通过石英玻璃3进入到旋转的锥形反应器腔体1中,ZnO 粉末通过进料器6进入腔体1中并在腔体中加热分解为Zn(g)和O 2,产物从出口9排出。
该反应器最高能量密度为4000kW/m 2、功率为10kW,能使ZnO 表面温度在2s 内达到2000K,且该反应器系统的热惯性低并有抵抗温度剧增的能力。
1-腔体;2-聚光孔;3-石英窗;4-CPC;5-锥管;6-进料器;7-ZnO 层;8-净化气体;9-出口;10-冷却装置图2 旋转腔体反应器F ig 12 Rotating cavity solar reactor213 金属氧化物碳热还原-水解制氢碳热还原金属氧化物制氢大多在中温进行,具有反应温度低,自动分离氢气等优点。
总反应可以表示为式(4)~式(6)。
M x O y +y C(gr)y x M+y CO (4)M x O y +y CH 4y x M +y (2H 2+CO)(5)x M+y H 2O y M x O y +y H 2(6)金属Al,Ca,Si,Ti 氧化物在惰性气体保护的太阳能炉中还原时可形成热稳定性很好的碳化物(Al 3C 4,CaC 2,SiC,T iC)和氮化物(AlN,Si 3N 4,T iN)副产品,这些碳化物和氮化物虽然是价值很高的化110有 色 金 属 第60卷工原料,但水解制氢时CaC 2水解得乙炔,AlN 水解产生NH 3,Fe 3C 水解或酸解产生液态的碳氢化合物,碳锰化合物水解产生不同比例的氢气和氢碳化合物,由于副产物的存在会使杂质气体增加,氢气产率和热效率下降[28]。
M urray 等人理论上计算了各金属氧化物还原反应的化学平衡组分,得出在1300~2350K 时仅Fe 3O 4,Mg O,ZnO 可以碳热还原为单质金属[29]。
Steinfeld 等人在旋转腔体反应器和流态化床里将Fe 3O 4,MgO,ZnO 进行了碳热还原,发现Fe 3O 4,ZnO 完全还原成金属的温度在1300K 以上,M gO 在1800K 以上,反应强吸热[30-33]。
1-腔体;2-聚光孔;3-进料口;4-出料口;5-窗口;6-辅助气体图3 直接辐射反应器F ig 13 Direct irr adiation reactor由于ZnO 与Fe 3O 4,MgO 相比具有反应温度、产物熔点低且稳定故它最适合碳热还原制氢。
所用还原剂可为焦炭、天然气和其他炭质原料,还可以是金属或低价金属氧化物(如Fe,T i 等还原ZnO)[33-34]。
用天然气还原ZnO 时同时也对天然气进行了重整且不需要催化剂,产物为金属Zn 、合成气(H 2和CO)。
如果选择适当的重整参数可生成高质量的合成气(H 2B CO 的摩尔比为2),非常适合合成CH 3-OH )))汽油潜在的替代品。
此外,也可用高温电热还原ZnO,Palumbo 等人在1200~1675K 用CaF 2和Na 3AlF 6混合物作电解液在太阳能炉内还原ZnO 获得了Zn (g )和O 2,太阳能提供了30%的还原能量,该方法不仅可降低反应温度和分离产物,还可以用于氧化物M gO,Al 2O 3等的还原[35]。
图3所示为ZnO+CH 4直接辐射反应器,该反应器能将辐射热高效地传送到化学反应所需要的地方,但它工作时需用还原性气体或惰性气体来保护透明窗口5。
Christian Wieckert 等人设计了图4所示的间接辐射ZnO+C 双腔体反应器,该反应器不需透明窗口,但内外腔之间存在隔墙而对最高操作温度、热传导、辐射的吸收等指标产生了限制[36]。