氢能的开发和利用

氢的开发与利用

氢可以做汽车燃料。用氢气作燃料油许多优点，首先是干净卫生氢气燃烧后的产物是水，不会污染环境，非常有利于环境的保护。其次是氢气在燃烧时比汽油的发热量高。一般的内燃机，通常以柴油或汽油作燃料，氢气车则改为使用气体氢。燃料电池和电动氢会取代一般的引擎。把氢输入燃料电池中，氢原子的电子被质子交换膜阻隔，通过外电路从负极传导到正极，成为电能驱动电动机；质子却可以通过质子交换膜与氧化和为纯净的水雾排出。氢能汽车行车路程远，使用寿命长。近年来，国际上以氢为燃料的“燃料电池发动机”技术取得重大突破，美国、德国、法国等采用氢化金属储氢，而日本则采用液氢燃料组装的燃料电池应用在汽车上，已经行了上百万千米的道路运行试验，其经济性、适用性和安全性均较好。氢气可以从电解水、煤的气化中大量制取，而且不需要对汽车发动机进行大的改装，因此氢能汽车具有广阔的应用前景。

还可以通过燃料氢气能发电。目前各种大型电站，无论是水电、火电或核电，都是把发出的电送往电网，再由电网输送给用户。但是，因为终端用电户的负荷不同，电网有时是高峰，有时是低谷。用电高峰期经常闹“电荒”，电力供不应求；在低谷时期，发出的电还有富余。为了调节峰荷，电网中常需要启动快和比较灵活的发电站，氢能发电最适合扮演这个角色。利用氢气和氧气燃烧，组成氢氧发电机组。这种机组是火箭型内燃发动机配发电机，他不需要复杂的蒸汽锅炉系统，因此结构简单，维修方便，启动迅速，要开即开，要停即停。在电网低负荷时，还可以吸收多余的电来进行电解水，生产氢和氧，以备高峰是发电用。这种调节作用对于电网运行是极其有利的。

另外，氢和氧还可直接改变常规火力发电机组的运行状况，提高电站的发电能力。例如，氢氧燃烧组成磁流体发电。利用液氢冷却发电装置，进而提高机组功率等。更新的氢能发电方式是氢燃料电池。这是利用氢和氧（成空气）直接经过电化学反应而产生电能的装置。换言之，也是水电解槽产生氢和氧的逆反应。

这种新型的发电方式已经引起世界关注。20世纪70年代以来，日本、美国等加紧研究各种燃料电池，现已进入商业性开发，日本已建立万千瓦级燃料电池发电站，美国有30多家厂商在开发燃料电池。德国、英国、法国、荷兰、丹麦、意大利和奥地利等国也有20多家公司投入了燃料电池的研究。

燃料电池理想的燃料是氢气，因为它是电解制氢的逆反应。燃料电池的主要用途除建立电站外，特别适合做移动电源和车船的动力，因此也是今后氢能利用的孪生兄弟。

氢能在日常生产生活中具有广泛的用途。氢气在氧气中燃烧放出大量的热，其火焰-氢氧焰的温度高达3000℃，可用来焊接或切割金属。氢气还在冶金、化学工业等方面有着广泛的应用。

氢能在民用生活中也具有广泛的应用。除了在汽车行业外，燃料电池发电系统在民用方面的应用主要有氢能发电、氢介质储能与输送，以及氢能空调、氢能冰箱等，有的已经得到实际应用，有的正在开发，有的尚在探索中。目前，美国、日本和德国已近有少量的家庭用质子交换膜燃料电池提供电源。居民家庭应用的燃料电池一般都在50千瓦以下，目前的燃料电池技术完全能够满足居民家庭能源提供的需要。氢能进入家庭后，可以作为取暖的材料。这主要是因为氢能的热值高，远高于其他材料。它燃烧后可以放出更多的热，是理想的供热材料。寒冷的冬天来了之后，我国各地，特别是北方，基本都依靠燃烧煤炭来供暖。大规模燃烧煤炭会造成空气中的二氧化硫含量骤增，造成环境污染，危害人体健康。此外，二氧化硫与水结合还可能形成酸雨。使用氢能取暖后，氢气燃烧的产物只有水，是清洁燃料。人们就可以拜托二氧化硫对大气的污染了，用氢能取暖会保护环境。

氢能除了能用于家庭取暖外，也可以作为做饭的燃料。目前城市居民主要用天然气做饭，

虽说天然气是一种较好的能源，但是天然气的主要成分是甲烷，甲烷燃烧后也会生成温室气体二氧化碳。使用氢气作为燃料，就能减少温室气体的排放量。

氢能进入家庭后，还可以解决生活污水的处理问题。我们洗衣服、洗手等废水经过对某些离子的处理，也可以作为制氢气的燃料。不仅节约了水资源，也可以减少了这些水排出后的污染。将来人们可以完全在家中制取氢气。人们只需要打开自来水开关，水流通过专门的机器，分解后就可以制成氢气。人们可以随时使用到清洁的氢能。氢气在制取、燃烧、处理等多个环节都不会对环境产生影响，因此是真正的清洁燃料。

根据最新的数据显示，氢能在民用生活中的应用不仅局限于日常生活中，在人类的生命延续中也能发挥出巨大的作用。日本医科大学太田成男教授等分析氢对培养细胞的影响时发现，氢能清除一中氧化能力极强、对机体有害的活性氧——氢氧根离子。活性氧被认为是导致细胞老化的诱因之一。研究人员用老鼠做实验，在实验中，让人为导致脑梗塞的一组实验鼠吸入浓度为2%的氢气，而对另一组不采取任何措施，研究氢气是否可以防止活性氧导致的脑细胞老化死亡。结果显示，吸入氢气的实验鼠脑细胞死亡的数量不到对照组的一半。这个发现为人们提供一个思路;可以用氢制造出一种阻止人体细胞老化的特殊“药物”，从而能够延缓衰老。