硼氢化钠水解产氢催化剂的研究进展概述

硼氢化钠水解产氢催化剂的研究进展概述一.氢气的应用前景国际能源界预测, 21 世纪人类社会将告别化石能源时代而进入氢能经济时代。

牛津研究所预测, 到2010 年前, 世界每天生产的氢能源当量将达到 320×104桶石油; 2020 年前将达到 950×104桶石油。

美国科学家劳温斯在新出版的《自然资本论》一书中预言, 下次工业革命将从氢能源开始, 世界科学家都在寻找一种既清洁又无污染的能源, 氢正是科学家们看好的最理想的原料。

专家们认为, 氢将在 2050 年前取代石油而成为主要能源, 人类将进入完全的氢经济社会。

目前世界各国汽车厂商都在加紧研制以氢为能源的燃料电池车, 这是迎接氢能时代到来的前奏曲, 不仅是现在的热点, 而且将会成为今后人类能源的永恒主题。

2003 年 11 月, 包括中国、美国等 15 个国家和欧盟共同签署了氢经济国际合作伙伴计划(IPHE) 参考条款, 目标是建立一种合作机制, 有效地组织、评估和协调各成员国, 为氢能技术研究开发、示范和商业化活动提供一个能推动和制定有关国际技术标准与规范的工作平台。

世界各国及企业在研究开发燃料电池汽车技术方面取得了重大进展, 预计在未来的 5～10年内氢燃料电池汽车将正式进入市场, 电动汽车将可能以 20%的速度迅猛发展, 正处于一种“山雨欲来风满楼”的形势。

纵观世界能源发展战略, 早在上世纪 80 年代美国在能源战略上就做过重大调整, 美国采取不惜重金从中东每年大量进口石油, 而对阿拉斯加和美国中南部的大油田不予开发, 虽然这一政策导致不少中小石油公司的破产, 但是保证了未来美国在与外界完全隔绝的情况下仍然有至少 20 年的石油储备, 再加上一个强大的海军对中东石油海上运输线的保护, 美国的能源战略可以说是高枕无忧。

而俄罗斯有广大的西伯利亚油田尚待开发, 俄罗斯能源自给也是毫无疑义。

日本的石油自给目前为止不到 0.5%, 而欧盟也不到30%, 日本与欧盟的石油战略储备只有 90～120d 左右。

日本强烈意识到自己对中东石油的严重依赖正在积极推进其“黑金”战略, 其战略包括向俄罗斯和伊朗提供大量援助以换取油田开采权等。

当前我国经济持续高速增长, 我国人民生活不断向小康迈进且国际地位不断提高, 而国际石油市场的波动已经对我国经济社会发展产生明显影响, 率先全面启动氢经济是我国取得长期战略优势的关键。

1990年, 我国石油进口为零, 从 1994 年石油进口开始持续增长, 1997 年石油进口占到石油消费总量的 15%,2000 年占到石油消费总量的 20%, 2005 年我国原油产量 18 150×104t, 石油净进口 13617×104t, 2005 年我国石油对外依存度为42.9%, 根据这一速度推算,2020 年我国 70%以上的石油消费将依赖进口, 相比美俄, 我国目前能源战略优势明显不足, 巨大的能源需求已经成为遏制我国长期发展的战略瓶颈。

另外,由于化石燃料长期广泛使用, 全球变暖、环境恶化正逐步威胁人类的生存, 我国已经核准旨在延缓全球变暖的京都议定书, 这是我国向全世界作出的郑重承诺。

随着我国经济实力的增强, 国际社会要求我国减排化石燃料有害废气的压力会愈来愈重。

目前, 我国城市化进程加快, 不少大、中型城市的大气污染, 正在由单纯的煤烟型污染向煤烟型与机动车排气污染混合型的方向变化, 且有继续加剧的趋势。

我国汽车单车污染物排放是国际同类先进机动车的几倍, 甚至近10 倍, 对大气的污染贡献率超过 50%。

因此, 集中优势力量发展清洁高效的氢能源也许是我国抢先进入氢经济, 摆脱百年来科技和战略落后, 走可持续健康发展的最佳切入点。

氢能是人类最理想的未来能源, 氢能研究的舞台是广阔的, 研究开发氢能将大有作为。

二．国内外氢能研究开发现状当今世界, 为了解决能源短缺、环境污染日益严重和经济可持续发展等问题, 洁净的新能源和可再生能源的开发已是迫在眉睫。

氢能作为一种洁净的可再生能源, 同时具有可储可输的特点, 从长远上看, 它的发展可能带来能源结构的重大改变, 而在目前它是一种理想的低污染或零污染的车用能源, 国际上公认,在不远的将来, 氢燃料汽车将是解决城市大气污染的最重要途径之一。

因此, 氢能作为解决当前人类所面临困境的新能源而成为各国大力研究的对象, 据美国能源部新能源开发中心调查, 过去 5 年, 全世界工业化国家在氢能的开发投入年均递增 20.5%。

美国一直重视氢能。

2002 年, 美国推出“美国氢能路线图”; 2003 年, 布什政府投资 17×108美元, 启动氢燃料开发计划, 该计划提出了氢能工业化生产技术、氢能存储技术、氢能应用等重点开发项目。

2004年 2 月, 美国能源部公布了《氢能技术研究、开发与示范行动计划》。

该计划具体地阐述了发展氢经济的步骤和向氢经济过渡的时间表, 该计划的出台是美国推动氢经济发展的又一重大举措, 标志着美国发展氢经济已从政策评估、制定阶段进入到了系统化实施阶段。

2004 年 5 月, 美国建立了第一座氢气站, 加利福尼亚州的一个固定制氢发电装置“家庭能量站第三代”开始试用。

这个装置用天然气制造氢气维持燃料电池。

第三代比第二代的重量轻了 30%, 发电量却提高了 25%, 同时氢气的制造和储存能力提高了 50%。

2005 年 7 月, 世界上第一批生产氢能燃料电池汽车的公司之一戴姆勒- 克莱斯勒公司研制的“第五代新电池车”成功横跨美国, 刷新了燃料电池车在公路上行驶的纪录, 该车以氢气为动力, 全程行驶距离5245km, 最高时速 145km。

欧盟也加紧对氢能的开发利用。

在 2002～2006 年欧盟第 6 个框架研究计划中, 对氢能和燃料电池研究的投资为 2 500×104～3 000×104欧元, 比上一个框架计划提高了 1 倍。

北欧 5 国 2005 年成立了“北欧能源研究机构”, 通过生物制氢系统分析, 提高生物生产氢能力。

2005 年 7 月, 德国宝马汽车公司推出了一款新型氢燃料汽车, 充分利用了氢不会造成空气污染和可产生强大动力的 2 大优点, 时速最高可达 226km, 行驶极限可达 400km。

日本研究氢能比较早, 目前燃料电池是日本氢能的主要发展方向。

在2005 年秋季闭幕的日本爱知世博会上, 8 辆燃料电池公共汽车在会场之间穿梭,一展燃料电池使用前景。

日本政府为促进氢能实用化和普及, 进一步完善了汽车燃料供给制, 全国各地建造了不少“加氢站”, 近百辆燃料电池车已经取得牌照上路, 计划到 2030 年, 发展到 1 500×104辆。

2005 年,日本经济产业省的“新能源大奖”就授予一幢节能大厦, 这栋大厦用燃料电池供应能源, 使用热电互换、节能材料等各种技术。

迄今, 日本燃料电池的技术开发以及氢的制造、运输、储藏技术已基本成熟。

2006 年将进行更高性能的技术开发和低成本燃料电池技术的开发。

加拿大计划将燃料电池电动汽车技术发展成国家的支柱产业, 近年来, 加拿大对氢能的研究与开发投入不断增加, 2002 年为 2.76×108美元, 2003 年增至 2.90×108美元, 加拿大氢能业的营业额从 2002 年的 1.34×108美元增至 2003 年的 1.88×108美元; 2003年, 加拿大在氢能领域拥有的专利达 581 项, 比 2002年增加 34%; 加拿大氢能公司示范推广的氢能项目从2002 年的79 项增至 2003 年的 262 项; 2004 年的报告显示, 在过去 5 年里, 加拿大的氢能公司数目增加了一倍。

加拿大在氢能源技术利用方面, 提出了如下多项开发计划。

如“氢能村计划”, 由政府和私营企业在多伦多地区建立氢能村, 部署和示范不同的氢设施技术; “温哥华燃料电池车计划”, 加拿大联合福特汽车公司在不列颠哥伦比亚低地地区测试燃料电池汽车的性能。

此外, 正在酝酿中的计划有“氢能走廊”, 即在温莎与蒙特利尔之间的 900km 高速路设置加氢站; “氢能机场”, 即以氢能技术装备机场, 使蒙特利尔机场内部各式交通车辆氢能化。

2004 年, 加拿大总理宣布, 联邦政府将为“氢公路项目”提供资助。

氢公路项目的实施将是加拿大能源史上的氢能革命。

该项目的具体内容是在 2010 年前, 在温哥华到 2010 年冬奥会主办城市威斯勒的 120km 公路上建立 5 个燃料电池车的加氢站, 并生产出必要数量的燃料电池车, 由氢燃料电池车承担 2010 年冬奥会期间机场与主办城市之间的人员运输任务。

加拿大的长期目标是抢占世界氢能领域的制高点。

发展中国家也非常重视开发氢能源。

以色列取得了令人瞩目的成果。

该国的科研人员开发的一种新技术, 使氢能的利用更容易, 且容易储存和运输, 能根据需要生产氢。

印度研制成功一种通过金属氢化物驱动的清洁摩托车, 虽然现在使用成本较高, 但是由于氢燃料的成本很低, 并且金属氢化物储能罐的寿命很长, 因此从长远来看它还是一种非常经济的交通工具。

此外, 以氢能为燃料的烹饪炉、发电机组和氢照明灯等的研究也取得显著进展。

对我国来说, 能源建设战略是国民经济发展之重点战略, 我国化石能源探明可采储量中煤炭为1145×108t、石油为 38×108t、天然气为 1.37×1012m3 , 分别占世界储量的 11.6%、2.6%、0.9%。

我国人口多, 人均资源不足, 人均煤炭探明可采储量仅为世界平均值的 1/2, 石油仅为 1/10 左右, 人均能源占有量明显落后; 同时, 我国近年来交通运输的能耗所占比重愈来愈大, 与此同时, 汽车尾气污染已经成为大气污染特别是城市大气污染的最重要因素, 寻找新的洁净能源对我国的可持续发展有着特别重要的意义。

“九五”和“十五”期间, 科技部都把燃料电池汽车及相关技术研究开发列入国家科技计划。

2000 年, 中国国家科技部批复了“氢能的规模制备、储运及相关燃料电池的基础研究”, 973 项目正式立项。

该项目既面向未来, 又立足现实。

2002 年 1 月, 中国科学院启动科技创新战略行动计划重大项目—大功率质子交换膜燃料电池发动机及氢源技术, 由中科院大连化学物理研究所主持的这个重大科研项目, 主要以科技部国家高技术发展计划(863)“电动汽车重大专项”为背景, 研究和开发具有自主知识产权的 75kW 和 150kW 燃料电池发动机及氢源成套技术, 这项世界前沿的技术将有助于使中国人早日进入氢能时代。

2004 年 5 月, 科技部与世界上第一批生产氢能燃料电池汽车的公司之一戴姆勒- 克莱斯勒公司在北京签署了中国燃料电池公共汽车商业化示范项目车辆采购合同, 中国已成为发展中国家第一个燃料电池公共汽车示范运行的国家, 我国政府致力于氢能利用的决心于此可见一斑。