(能源化工行业)新型含能体能源氢能及储氢技术的最新进展

（能源化工行业）新型含能体能源氢能及储氢技术的

最新进展

论文关键词：氢能制氢技术储氢技术

论文摘要：氢能是21世纪解决化石能源危机和缓解环境污染问题的绿色能源。实现氢能的利用，氢的储运是目前要解决的关键问题。文章综述了氢气制备技术和储备技术的最新研究进展，且探讨了制氢和储氢技术的关键问题。最后对进壹步的研究进展进行展望，提出了可供研究的课题方向。

0引言

资源减少、能源短缺、环境污染日益严重。为了我国经济可持续发展的战略国策，寻找洁净的新能源和可再生能源来替代化石能源已经迫在眉睫。氢能以其热值高、无污染、来源丰富等优点，越来越受到人们的重视，被称为21世纪的理想能源。是人类能够从自然界获取的、储量非常丰富而且高效的含能体能源。

作为能源，氢能具有无可比拟的潜在开发价值：氢是自然界最普遍存在的元素，它主要以化合物的形态储存于水中，而水是地球上最广泛的物质；除核燃料外，氢的发热值在所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高；氢燃烧性能好，点燃快，和空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快；氢本身无毒，和其他燃料相比氢燃烧时最清洁。氢能利用形式多，既能够通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又能够作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，当下的内燃机稍加改装即可使用。所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，在能源工业中氢是极好的传热载体。所以，研究利用氢能已成为国内外学者研究的热点[1、2、3、4]。

1国内外氢能发展状况

2003年11月19-21日在美国首都华盛顿欧米尼·西海姆大酒店举行“国际氢能经济合作伙伴组织”[TheInternationalPartnershipForTheHydrogenEcon omy(IPHE)]成立大会，共有澳大利亚、巴西、加拿大、中国、法国、德国、冰岛、印度、意大利、日本、韩国、俄罗斯、英国、美国和欧盟的政府代表团及工商业界代表数百人出席会议。IPHE是壹种新的氢能国际合作关系，这种合作将支持未来的氢能和电动汽车技术，建设壹个安全、有效和经济的世界范围的氢能生产、储存、运输、分配和使用设施的大系统。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。

氢能广泛应用的关键，在于研制出成本低的制氢技术。目前，氢能利用技术开发已在世界主要发达国家和发展中国家启动，且取得不同程度的成果。美国已研制成功世界上第壹辆以氢为燃料的汽车，可将60%-80%的氢能转换成动能，其能量转换率比普通内燃机高壹倍。1989年，美国太平洋能源X公司发明了能大量生产廉价氢燃料的新技术。可用于水分解的壹种化学催化剂。用这种方法分解出来的氢成本很低，因而成为世界上最便宜的燃料[1－3，6]。

欧盟(EU)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2,500万-3,000万欧元，比上壹个框架计划提高了1倍。北欧国家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(BMW)汽车X公司推出了壹款新型氢燃料汽车，充分利用了氢不会造成空气污染和可产生强大动力的俩大优点。该车时速最高可达226km/h，行驶极限可达400km/h。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。日本政府为促进氢能实用化和普及，进壹步完善了汽车燃料供给制，全国各地建造了不少“加氢站”，当下已有近百辆燃料电池车已经取得牌照上路，计划到2030年将发展到1500万辆[1－6]。

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、石油、天然气分别占世界储量的11.6%，2.6%，0.9%。人均煤炭为世界平均值的1/2，石油仅为1/10左右，我国人口众多，人均资源严重不足。因此，寻找新的洁净能源对我国的可持续发展具有特别重要的意义。

2储氢技术发展状况2.1氢气的制备技术进展2.1.1目前制氢的主要方法

现代工业能制取的方法很多。如表1所示。

表1获取氢气的方法

可是没有真正能够规模生产，实现现实社会生产力的方法。代替常规能源的制氢工艺且不成熟，也没有很好的成功实例。当代工业的制氢方法主要有以下三种：(1)从含烃的化石燃料中制氢。这是过去以及当下采用最多的方法。用蒸汽和煤作原料的基本反应过程为：

C+H2O→CO+H2（1）

用蒸汽和天然气为原料的基本反应过程：

CH4+H2O→CO+3H2（2）

上述反应均为吸热反应，反应过程中所需的热量能够从煤或天然气的部分燃烧中获得，也可利用外部热源[5]。当下氢的制取大都是以天然气为原料，可是天然气和煤炭都是宝贵的燃料和化工原料，其储量有限，用它们来制氢显然摆脱不了人们对常规能源的依赖和对自然环境的破坏。

（2）电解水制氢。这种方法是基于如下的可逆反应：

2H2O→2H2+O2（3）

分解水所需要的能量由外加电能提供。为了提高制氢效率，电解通常在高压下进行，采用的压力多为3-5MPa。目前电解效率约为50%-70%[5]。由于电解水的效率不高目前需消耗大量的电能，因此利用常规能源生产电能来大规模的电解水制氢显然也是不合算的。

(3)热化学制氢。这种方法是通过外加高温使水起化学分解反应来获取氢气。到目前为止虽有多种热化学制氢方法，但总效率都不高，仅为20%-50%，而且仍有许多工艺问题需要解决。依靠这种方法来大规模制氢仍有待进壹步研究。

2.1.2生物制氢

(1)微生物制氢。利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可制得氢气。近年来，已查明在常温常压下以含氢元素物质包括植物淀粉、纤维素、糖等有机物和水进行生物酶催化反应来制得氢气的微生物可分为5类：异养型厌氧菌、固氮菌、光合厌氧细菌、蓝细胞和真核藻类。其中蓝细胞和真核藻类产氢所利用的氢源是水；异养型厌氧菌、固氮菌、光合厌氧细菌所利用的氢源是有机物。按氢能转化的能量来源来分，异养型厌氧菌，固氮菌依靠分解有机物产生A TP来产氢；而真核藻类、蓝细胞、光合厌氧细菌则能通光合作用将太能转化为氢能[6]。近年来发现有30种化能异养菌能够发酵糖类、醇类、有机酸等产生氢气，其中有些细菌产