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论氢能源的发展摘要:本文就氢能远的优点,发展利用,发展瓶颈;及发展的前景做了详细的论述。、 、刖言氢作为能源有其他能源不能企及的优点,但是氢能源的利用还存在一些瓶颈,由于现存 的能源的诸多不足,新能源的发展势在必行,氢能源得到了前所未有的发展。引言1氢作为能源的优点在众多的新能源中,氢能将会成为21世纪最理想的能源。这是因为, 在燃烧相同重量的煤、汽油和氢气的情况下,氢气产生的能量最多,而且 它燃烧的产物是水,没有灰渣和废气,不会污染环境;而煤和石油燃烧生 成的是二氧化碳和二氧化硫,可分别产生温室效应和酸雨。煤和石油的储 量是有限的,而氢主要存于水中,燃烧后唯一的产物也是水,可源源不断 地产生氢气,永远不会用完。来源广泛氢是自然界存在最普遍的元素,据估计它构成了宇宙质量的75%,除空气中含 有氢气外,它主要以化合物的形态贮存于水中,而水是地球上最广泛的物质。据 推算,如把海水中的氢全部提取出来,它所产生的总热量比地球上所有化石燃 料放出的热量还大9000倍。热值大除核燃料外,氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的, 达142,351kJ/kg,每千克氢燃烧后的热量,约为汽油的3倍,酒精的3.9倍, 焦炭的4.5倍。密度小所有元素中,氢重量最轻。在标准状态下,它的密度为0.0899g/L,氢可 以以气态、液态或固态的金属氢化物出现,能适应贮运及各种应用环境的不同要 求。易燃烧氢燃烧性能好,点燃快,与空气混合时有广泛的可燃范围,而且燃点高, 燃烧速度快。无毒氢本身无毒,与其他燃料相比氢燃烧时最清洁,除生成水和少量氮化氢外 不会产生一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的 污染物质,少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境,而且燃烧生成的水还 可继续制氢,反复循环使用。利用形式多样氢能利用形式多,既可以通过燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功, 又可以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,现在的内燃机稍加改装即可使 用。导热性好所有气体中,氢气的导热性最好,比大多数气体的导热系数高出10倍,因 此在能源工业中氢是极好的传热载体。易液化氢气在一定压力和温度下很容易变成液体,因而将它用铁罐车、公路 拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料,也可 用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发 射人造卫星的长征运载火箭,都是用液态氢作燃料的。可以说氢能是最理想的、完美的能源。氢能作为一种高效、清洁、可持续的无碳”能源 已得到世界各国的普遍关注,被誉为21世纪的能源。发展氢经济是人类摆脱对化石能源的 依赖、保障能源安全的永久性战略选择。氢能源的发展利用氢能利用方式主要有三种。首先,利用氢的热核反应放出核能,这是核能利用的重要途径。其次,就是最为普遍的氢气直接燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功,如氢气发 动机。德国宝马汽车公司就一直致力于研发以氢气为燃料的汽车发动机,并且已经推出了样 车进行运行试验。美国的航天飞机已成功使用液氢做燃料。我国长征 2号、 3号也使用液氢做燃料。利用液氢代替柴油,用于铁路机车或一般汽车的研 制也十分活跃。另外一种就是制造氢能燃料电池,比如,德国的奔驰汽车公司对于氢能燃料电池汽车情 有独钟。迄今,氢燃料电池汽车已经完成或正在进行多个商业示范。燃料电池是一种直接通 过电化学反应将燃料的化学能转化成电能的发电装置。与传统电池的概念不同,燃料电池不 需要充电,只要在它的阳极侧连续输入氢气等燃料,再在阴极侧通入氧化剂气体(如空气或 氧气),电能就能源源不断地输出来了。用氢作为汽车燃料,不仅干净,在低温下容易发动, 而且对发动机的腐蚀作用小,可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合,完 全可省去一般汽车上所用的汽化器,从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是,只要 在汽油中加入4%的氢气。用它作为汽车发动机燃料,就可节油40%,而且无需对汽油发动 机作多大的改进。另外,使用氢一氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能,使氢能的 利用更为方便。目前,这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用, 效果不错。当然,由于成本较高,一时还难以普遍使用。发展氢能源的瓶颈首先:怎么生产?比如水的电解,它相当于氢气燃烧的逆反应,燃烧时候放 那么多的热,电解就要使用至少这么多的能量,可见消耗电力很多。有人说找到 好的催化剂,主要是希望利用光能进行水解,能量不会有所减少,只是光不要钱 啊。其次:怎么保存和使用?氢气不像汽油容易运输和使用,有一点空气在常温 就会爆炸,而且很剧烈。我看十万个为什么包括平时试验指导,对氢气具有吸收 作用的很少,一般为贵金属,比如钯,竦和镑,都是很艰难得到的。现在世界上氢的年产量约为3600万吨,其中绝大部分是从石油、煤炭 和天然气中制取的,这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料;另有4%的氢是用电解水的方法制取的,但消耗的电能太多,很不划算,因此,人们正在 积极探索研究制氢新方法。氢能源的发展前景对于制取氢气,有人提出了一个大胆的设想:将来建造一些为电解水 制取氢气的专用核电站。譬如,建造一些人工海岛,把核电站建在这些海 岛上,电解用水和冷却用水均取自海水。由于海岛远离居民区,所以既安 全,又经济。制取的氢和氧,用铺设在水下的通气管道输入陆地,以便供 人们随时使用。结语总而言之,氢能是未来最理想的能源之一。早在130多年前,儒勒凡尔纳 就预言:“Water is the coal of the future(水是未来的煤)”,他还进一步指 出:“首先,我们必须能够成功地利用构成水的元素氢和氧。”随着环保意识 的增强,化石资源的枯竭以及氢能制备与储存技术研究的深入,在燃料电池技术 即将进入大规模产业化的今天,我们对“氢能时代”的到来充满信心。
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