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氢能的研究进展专 业 名 称 ： 冶金工程 班 级 ： 09冶金2班 学 生 姓 名 ： 程 虎 学 生 学 号 ： 0945562209 氢能的研究进展一、 背景伴随着全球能源需求的不断增长以及日益加剧的环境污染问题，新能源的开发与利用越来越受到人们的重视。氢是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%，因此氢能被称为人类的终极能源。水是氢的大“仓库”，如把海水中的氢全都提取出来，将是地球上所有化石燃料热量的9000倍。氢的燃烧效率非常高，只要在汽油中加入4% 的氢气，就可使内燃机节油40%。 氢能因具有来源广泛、清洁环保、循环利用等一系列优点而得到了世界各国科研机构、政府和企业的高度关注。目前，氢能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段。美国政府已明确提出氢计划，宣布政府将拨款17亿美元支持氢能开发。美国计划到2040年美国每天将减少使用1100万桶石油，这个数字正是现在美国每天的石油进口量。 二、 氢能的概念氢(HHydrogen)，化学元素位于元素周期表之首，原子序数为1，它是所有原子中最小的，在常温常压下为气态，在超低温高压下又可成为液态。氢通常的单质形态是氢气（H2），它是无色无味，极易燃烧的双原子的气体，氢气是最轻的气体。在标准状况（0和一个大气压）下，每L氢气只有0.0899克重仅相当于同体积空气质量的二十九分之二。氢是宇宙中最常见的元素，氢和氢同位素占到了太阳总质量的84%，宇宙质量的75%。氢在自然界多以化合物形态出现。在地壳十公里范围内（包括海洋和大气）化合态的氢的重量组成约占1%，原子组成约占15.4%。它的化合态的最常见形式是水和有机物（如；石油、煤炭、天然气及生命体等）。然而，在地球上自然存在的氢的单质（如氢气）数量极少。要想获得大量的单质氢只有人工制取。其中，天然气、石油、煤炭、生物质能及其它富氢的有机物等，都是氢的有效来源。氢具有高挥发性、高能量，是能源载体和燃料，同时氢在工业生产中也有广泛应用。现在工业每年用氢量为5500亿立方米，氢气与其它物质一起用来制造氨水和化肥，同时也应用到汽油精炼工艺、玻璃磨光、黄金焊接、气象气球探测及食品工业中。液态氢能作为火箭燃料，它的液化温度在只有253。利用氢燃烧时放出的热量作为能源和氢原子在高温高压下聚变成一个氦原子反应所产生巨大的能量统称为氢能源： 2H2+O22H2O；H484 kJ/mol氢能是一种极为重要的二次能源，它的燃烧热值非常高，每千克氢燃烧后的热量，约为同等质量汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍，而且氢气燃烧的产物只有水，是世界上最干净的能源。氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源，所以氢的来源有足够的保障。 三、 氢能的特点 （l）所有元素中，氢重量最轻。在标准状态下，它的密度为0.0899g/l；在-252.7C时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢就可变为固体氢。（2）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。（3）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。（4）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，为142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍（5）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。（6）氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氨气外不会产生诸如一氧化碳、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，少量的氨气经过适当处理也不会污染环境巨，而且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。（7）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。（8）氢可以以气态、液态或固态的氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。四、 氢气的制取 1、电解水制氢 水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定能量，则可使水分解。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在75%85，其工艺过程简单，无污染，但是其消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。我国水力资源丰富，利用水电发电，电解水制氢有其发展前景。太阳能取之不尽，其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统，国外已进行实验性研究。随着太阳电池转换能量效率的提高，成本的降低及使用寿命的延长，其用于制氢的前景不可估量。同时，太阳能、风能及海洋能等也可通过电制得氢气并用氢作为中间载能体来调节，贮存转化能量，使得对用户的能量供应更为灵活方便。供电系统在低谷时富余电能也可用于电解水制氢，达到储能的目的。我国各种规模的水电解制氢装置数以百计，但均为小型电解制氢设备，其目的均为制提氢气作料而不是作能源。随着氢能应用的逐步扩大，水电解制氢方法必将得到发展。 2、矿物燃料制氢 以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制取氢气是主要的方法。 （1）煤为原料制取氢气 在我国能源结构中，在今后相当长一段时间内，煤炭还将是主要能源。如何提高煤的利用效率及减少对环境的污染是需不断研究的课题，将煤炭转化为氢是其途径之一。 以煤为原料制取含氢气体的方法主要有两种：一是煤的焦化（或称高温干馏），二是煤的气化。焦化是指煤在隔绝空气条件下，在901000制取焦碳副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组成中含氢气55-60（体积）、甲烷23-27、一氧化碳6-8等。每吨煤可得煤气300350立方米，可作为城市煤气，也是制取氢气的原料。煤的气化是指煤在高温常压或加压下，与气化剂反应转化成气体产物。气化剂为水蒸汽或氧所（空气），气体产物中含有氢有等组份，其含量随不同气化方法而异。我国有大批中小型合成氢厂，均以煤为原料，气化后制得含氢煤气作为合成氨的原料。这是一种具有我国特点的取得氢源方法。采用OGI固定床式气化炉，可间歇操作生产制得水煤气。该装置投资小，操作容易，其气体产物组成主要是氢及一氧化碳，其中氢气可达60以上，经转化后可制得纯氢。采用煤气化制氢方法，其设备费占投资主要部分。煤地下气化方法近数十年已为人们所重视。地下气化技术具有煤资源利用率高及减少或避免地表环境破坏等优点。中国矿业大学余力等开发并完善了长通道、大断面、两阶段地下煤气化生产水煤气的新工艺，煤气中氢气含量达50以上，在唐山刘庄已进行工业性试运转，可日产水煤气5万立方米，如再经转化及变压吸附法提纯可制得廉价氢气，该法在我国具有一定开发前景我国对煤制氢技术的掌握已有良好的基础，特别是大批中小型合成氨厂的制氢装置遍布各地，为今后提供氢源创造了条件。我国自行开发的地下煤气化制水煤气获得廉价氢气的工艺已取得阶段成果，具有开发前景，值得重视。 （2）以天然气或轻质油为原料制取氢气 该法是在催化剂存在下与水蒸汽反应转化制得氢气。主要发生下述反应： CH4H2OCOH2 COH2OCO2H2 反应在800-820下进行。从上述反应可知，也有部分氢气来自水蒸汽。用该法制得的气体组成中，氢气含量可达74（体积），其生产成本主要取决于原料价格，我国轻质油价格高，制气成本贵，采用受到限制。大多数大型合成氨合成甲醇工厂均采用天然气为原料，催化水蒸汽转化制氢的工艺。我国在该领域进行了大量有成效的研究工作，并建有大批工业生产装置。我国曾开发采用间歇式天然气蒸汽转化制氢工艺，制取小型合成氨厂的原料，这种方法不必用采高温合金转化炉，装置投资成本低。以石油及天然气为原料制氢的工艺已十分成熟，但因受原料的限制目前主要用于制取化工原料。 （3）以重油为原料部分氧化法制取氢气 重油原料包括有常压、减压渣油及石油深度加工后的燃料油，重油与水蒸汽及氧气反应制取含氢气产物。部分重油燃烧提供转化吸热反应所需热量及一定的反应温度。该法生产的氢气产物成本中，原料费约占三分之一，而重油价格较低，所以受到人们重视。我国建有大型重油部分氧化法制氢装置，用于制取合成氢的原料。 3、生物质制氢 生物质资源丰富，是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物制氢。 （1）生物质气化制氢 将生物质原料如薪柴、麦秸、稻草等压制成型，在气化炉（或裂解炉）中进行气化或裂解反应可制得含氢燃料。我国在生物质气化技术领域的研究已取得一定成果，在国外，由于转化技术的提高，生物质气化已能大规模生产水煤气，其氢气含量大大提高。 （2）微生物制氢 利用微生物在常温常压下进行酶的催化反应可制得氢气。生物质制取氢气主要有化能营养微生物制取氢和光合微生物制取氢两种。属于化能营养微生物的是各种发酵类型的一些严格厌氧菌和兼性厌氧菌）发酵微生物放氢的原始基质是各种碳水化合物、蛋白质等。目前已有利用碳水化合物发酵制氢的专利，并利用所产生的氢气作为发电的能源。光合微生物如微型藻类和光合作用细菌的制取过程与光合作用相联系，称光合产氢。 4、热化学制氢热化学制氢是通过外加高温使水起化学分解反应来制取氢气的方法。到目前虽有多种在热化学制氢的方法，但是总的效率不高，仅为20%50%左右，而且还有许多工艺需要解决。 其中比较突出的有水热化学循环制氢和硫化氢热化学循环制氢。 水热化学循环制氢是在含有添加剂的水系统中，在不同温度下，经历几个不同反应阶段，最终将水分解为氢气和氧气的化学反应过程。在这个过程中，除消耗水和一定热量外，参与过程的添加元素或化合物均不消耗，可以再生和反复利用。整个反应过程构成一个封闭、循环系统。 与水的直接热解制氢(需要4000K以上的高温) 相比较，热化学制氢每一步的反应均在较低的温度 (1 073K1273K)下进行，能源匹配、设备装置耐温要求以及投资成本等问题，都相对比较容易解决。因此，自20世纪60年代起，许多学者陆续提出了各种不同的多步骤热化学制氢体系。硫化氢的热化学循环制氢是由于硫化氢分解制氢的同时，还能回收硫磺，故其经济效益更为显著。硫化氢的热化学分解循环过程中的硫化和热解两个步骤可任意重复，同时获得氢气和硫磺。硫化氢的热化学分解循环不仅仅获得氢气和有用的化工原料硫磺，同时还将为消除硫化氢的污染做出重大贡献。5、太阳能制氢随着新能源的崛起，以水为原料利用太阳能来大规模制氢已经成为世界各国共同努力的目标。目前在探索的太阳能制氢技术主要有一下几种：（1） 太阳能热分解水制氢 热分解水制氢有两种方法，即直接热分解和热化学分解。前者需要把水或者蒸汽加热到3000K以上，水中的氢和氧才能够分解，虽然分解效率高，不需要催化剂，但太阳能聚焦费用太昂贵。后者见上文。 （2） 太阳能电解水制氢 这种方法就是首先讲太阳能转换成电能，然后利用电能电解水制氢。 （3） 太阳能光化学分解水制氢 将水直接分解为氧和氢很困难的，但是水先分解为氢离子和氢氧离子，在生成氢和氧就比较容易了。基于这个原理，先进行光化学反应，再进行热化学反应，最后再进行电化学反应即可在较低的温度下获得氢气和氧气。在上述三个步骤中分别利用到太阳能的光化学作用、光热作用和光电作用。这种方法为大规模利用太阳能制氢提供了现实的基础，其关键是寻求光解效率高、性能稳定、价格低廉的光敏催化剂。 （4）太阳能光电化学分解水制氢 这种方法是利用特殊的化学电池，这种电池的电极在太阳光的照射下能够维持很定的电流，并将水离解获得氢气。 6、其他制氢方法目前日本等国计划利用核能来制取氢气。五、 氢气的储存 1、气态贮存 气态的氢气可贮存在地下库里，也可装人钢瓶中，为减小贮存体积，必须先将氢气压缩，为此需消耗较多的压缩功。一般一个充气压力为 20mp的高压钢瓶贮氢重量只占1.6；供太空用的钛瓶储氢重量也仅为5。为提高贮氢量，目前正在研究一种微孔结构的储氢装置，它是一微型球床。微型球系薄壁（110um），充满微孔（l010um），氢气贮存在微孔中，微型球可用塑料、玻璃、陶瓷或金属制造。2、低温液氢贮存 将氢气冷却到-253，即可呈液态，然后，将其贮存在高真空的绝热容器中，液氢贮存工艺首先用于宇航中，其贮存成本较贵，安全技术也比较复杂高度绝热的贮氢容器是目前研究的重点，现在一种间壁间充满中孔微珠的绝热容器已经问世。这种二氧化硅的微珠导热系数极小，其颗粒又非常细可完全抑制颗粒间的对流换热，将部分镀铝微珠（一般约为3-5）混入不镀铝的微珠中可有效地切断辐射传热。这种新型的热绝缘容器不需抽真空，其绝热效果远优于普遍高真空的绝热容器，是一种理想的液氢贮存罐，美国宇航局已广泛采用这种新型的贮氢容器。 3、金属氢化物贮存氢与氢化金属之间可以进行可逆反应，当外界有热量加给金属氢化物时，它就分解为氢化金属并放出氢气。反之氢和氢化金属构成氢化物时，氢就以固态结合的形式储于其中，用来贮氢的氢化金属大多为由多种元素组成的合金。目前世界上己研究成功多种贮氢合金，它们大致可以分为四类：一是稀土锎镍等，每公斤锎镍合金可贮氢153L。二是铁-钛系，它是目前使用最多的贮氢材料，其贮氢量大，是前者的4倍，且价格低，活性大，还可在常温常压下释放氢，给使用带来很大的方便。三是镁系，这是吸氢量最大的金属元素，但它需要在287下才能释放氢，且吸收氢十分缓慢，因而使用上受限制。四是钒、铌、锆等多元素系，这类金属本身属稀贵金属，因此进一步研究氢化金属本身的化学物理性质，包括平衡压力-温度曲线、生成食转化反应速度，化学及机械稳定性等，寻求更好的贮氢材料仍是氢开发利用中值得注意的问题。带金属氢化物的贮氢装置既有固定式也有移动式，它们既可作为氢燃料和 氢物料的供应来源，也可用于吸收废热，储存太阳能，还可作氢泵或氢压缩机使用。近年来，清华大学、中科院金属所等机构开始对新型储氢技术-纳米碳材料的储氢进行了多项基础性的研究。其中，清华大学、中科院金属所和防化研究院都在室温下得到了储氢重量在12MPa时为8%左右的纳米碳材料。六、 氢能的运输氢气的运输主要有四种储存状态：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。可见，液氢只适合于短途运输。 采用船运或卡车运输氢气目前最为常见，但运输的量非常有限：对于20MPa压缩氢气，运输500Kg氢需要40t的卡车。 低压氢气的管道运输在欧洲和美国已有70多年的历史。1938年，位于德国莱茵鲁尔工业区的HULL化工厂建立了世界上第一条输氢管道，全长208公里。目前，全球用于输送工业氢气的管道总长已超过1000公里，操作压力一般为1-3MPa，输气量3108900Kg/h，其中德国拥有 208公里，法国空气液化公司在比利时、法国、新西兰拥有880公里，美国也已达到720公里。在美国，管道输氢的能量损失约为4%，低于电力输送的电力损失（8%）。实际上，目前的天然气管道也可用来输送氢气。值得注意的是，尽量使用含碳量低的材料来制造管道，并加强维护，减少因氢脆现象而导致的氢气逃逸。对于大规模集中制氢和长距离输氢来说，管道运输是最合适的。 固态氢运输容易，不存在氢的逃逸问题，但目前固态氢的能量密度小，运输的能量效率相对较低。七、 氢能的利用氢能利用方面很多，有的已经实现，有的还在探索中。为了达到清洁新能源的目标，氢能的已在诸多方面得到了时间和运用。1、氢能在航空航天方面的运用1928年，德国齐柏林公司利用氢的巨大浮力，制造了世界上第一艘“LZ127齐柏林”号飞艇，首次把人们从德国运送到南美洲，实现了空中飞渡大西洋的航程。大约经过了十年的运行，航程16万多公里；二战期间，氢被德军用作A2火箭发动机的液体推进剂；上个世纪世纪50年代，美国利用液氢作超音速和亚音速飞机的燃料，使B57双引擎辍炸机改装了氢发动机，实现了氢能飞机上天。此后氢能应用到航天领域，特别是1957前苏联宇航员加加林乘坐人造地球卫星遨游太空和1963年美国的宇宙飞船上天，紧接着1968年阿波罗号飞船实现了人类首次登上月球的创举。这些都是以氢能作为燃料的成就。21世纪，氢能更多的运用到先进的高速远程氢能飞机和宇航飞船中，促进了航空航天发面的巨大进步。2、氢能在汽车领域的运用用氢作为汽车燃料，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。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。以氢气代替汽油作汽车发动机的燃料，已经过日本、美国、德国等许多汽车公司的试验，技术是可行的，目前主要是廉价氢的来源问题。氢是一种高效燃料，每公斤氢燃烧所产生的能量为33.6千瓦小时，几乎等于汽车燃烧的2.8倍。氢气燃烧不仅热值高，而且火焰传播速度快，点火能量低（容易点着），所以氢能汽车比汽油汽车总的燃料利用效率可高20%。当然，氢的燃烧主要生成物是水，只有极少的氮氧化物，绝对没有汽油燃烧时产生的一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等污染环境的有害成分。氢能汽车是最清洁的理想交通工具。 氢能汽车的供氢问题，目前将以金属氢化物为贮氢材料，释放氢气所需的热可由发动机冷却水和尾气余热提供。现在有两种氢能汽车，一种是全烧氢汽车，另一种为氢气与汽油混烧的掺氢汽车。掺氢汽车的发动机只要稍加改变或不改变，即可提高燃料利用率和减轻尾气污。使用掺氢5%左右的汽车，平均热效率可提高15%，节约汽油30%左右。因此，目前多使用掺氢汽车，待氢气可以大量供应后，再推广全燃氢汽车。德国奔驰汽车公司已陆续推出各种燃氢汽车，其中有面包车、公共汽车、邮政车和小轿车。以燃氢面包车为例，使用200公斤钛铁合金氢化物为燃料箱，代替65升汽油箱，可连续行车130多公里。德国奔驰公司制造的掺氢汽车，可在高速公路上行驶，车上使用的储氢箱也是钛铁合金氢化物。 掺氢汽车的特点是汽油和氢气的混合燃料可以在稀薄的贫油区工作，能改善整个发动机的燃烧状况。在中国许当城市交通拥挤，汽车发动机多处于部分负荷下运行、采用掺氢汽车尤为有利。特别是有些工业余氢（如合成氨生产）未能回收利用，若作为掺氢燃料，其经济效益和环境效益都是可取的。3、氢能在发电方面的运用大型电站，无论是水电、火电或核电，都是把发出的电送往电网，由电网输送给用户。但是各种用电户的负荷不同，电网有时是高峰，有时是低谷。为了调节峰荷、电网中常需要启动快和比较灵活的发电站，氢能发电就就能有效解决这个问题。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以发电机，它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，欲停即停。在电网低负荷时，还可吸收多余的电来进行电解水，生产氢和氧，以备高峰时发电用。这种调节作用对于用网运行是有利的。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。70年代以来，日美等国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、英、法、荷、丹、意和奥地利等国也有20多家公司投入了燃料电池的研究，这种新型的发电方式已引起世界的关注。燃料电池的原理是是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，能源转换效率可达60%80%，而且污染少，噪声小，装置可大可小，非常灵活。最早，这种发电装置很小，造价很高，主要用于宇航作电源。现在已大幅度降价，逐步转向地面应用。目前，燃料电池的种类很多，主要有以下几种：（1）磷酸盐型燃料电池：磷酸盐型燃料电池是最早的一类燃料电池，工艺流程基本成熟，美国和日本已分别建成4500千瓦及11 000千瓦的商用电站。这种燃料电池的操作温度为200，最大电流密度可达到150毫安/平方厘米，发电效率约45%，燃料以氢、甲醇等为宜，氧化剂用空气，但催化剂为铂系列，目前发电成本尚高，每千瓦小时约4050美分。（2）融熔碳酸盐型燃料电池融熔碳酸盐型燃料电池一般称为第二代燃料电池，其运行温度650左右，发电效率约55%，日本三菱公司已建成10千瓦级的发电装置。这种燃料电池的电解质是液态的，由于工作温度高，可以承受一氧化碳的存在，燃料可用氢、一氧化碳、天然气等均可。氧化剂用空气。发电成本每千瓦小时可低于40美分。（3）固体氧化物型燃料电池固体氧化物型燃料电池被认为是第三代燃料电池，其操作温度1000左右，发电效率可超过60%，目前不少国家在研究，它适于建造大型发电站，美国西屋公司正在进行开发，可望发电成本每千瓦小时低于20美分。 此外，还有几种类型的燃料电池，如碱性燃料电池，运行温度约200，发电效率也可高达60%，且不用贵金属作催化剂，瑞典已开发200千瓦的一个装置用于潜艇。美国最早用于阿波罗飞船的一种小型燃料电池称为美国型，实为离子交换膜燃料电池，它的发电效率高达75%，运行温度低于100，但是必需以纯氧作氧化剂。后来，美国又研制一种用于氢能汽车的燃料电池，充一次氢可行300公里，时速可达100公里，这是一种可逆式质子交换膜燃料电池，发电效率最高达80%。 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固定电站外，特别适合作移动电源和车船的动力，因此今后氢将在燃料电池方面做出更多的贡献。4、氢能在碳钢切割领域的运用 近几年，由沃克能源公司研究的一种水燃料氢氧机，实现了在碳钢切割领域的应用，这种水燃料氢氧机设备以水能源产生氢氧燃料，取代了液化汽、丙烷、乙炔燃气。与乙炔相比，节省成本40%以上。氢氧焰切割不挂渣，切割速度快10%左右。5、氢能在家庭生活上的运用随着制氢技术的发展和化石能源的缺少，氢能利用迟早将进入家庭，首先是发达的大城市，它可以像输送城市煤气一样，通过氢气管道送往千家万户。每个用户则采用金属氢化物贮罐将氢气贮存，然后分别接通厨房灶具、浴室、氢气冰箱、空调机等等，并且在车库内与汽车充氢设备连接。人们的生活靠一条氢能管道，可以代替煤气、暖气甚至电力管线，连汽车的加油站也省掉了。这样清洁方便的氢能系统，将给人们创造舒适的生活环境，减轻许多繁杂事务。 八、 氢能的安全现状和进展尽管氢能在工业领域已应用多年，但作为公众民用能源还处于起步阶段，虽然氢在工业领域早已得到广泛的应用，但从未在公众范围内作为一种能源载体使用。因此，能否为公众提供足够的安全，至少安全性不低于传统化石燃料的水平，从而进一步普及发展的关键所在。 氢能安全问题作为氢能基础设施发展面临的挑战之一，一直是近几年国际上关注和研究的热点问题，主要研究领域集中在氢的行为、后果及其物理影响，储氢材料安全，及氢能安全相关标准与规范等方面。1、 氢的行为和后果及其物理影响研究氢的行为及后果研究是氢能安全基础研究的重要组成部分，它是氢安全相关研究开展的基石。氢行为方面研究，主要包括氢的泄露、扩散、点火、自燃、爆燃、爆轰和瞬变效果。氢的后果方面研究，主要包括爆炸、射流火焰、闪火以及火球等方面的研究。物理影响主要包括由火灾或爆炸引起的热辐射、超压和碎片效应。深化对氢气行为和特性的认识，将为预测氢气事故后果奠定了基础。日本大阪燃气有限公司工程部Tanka等对加氢站氢气泄漏可能引起的爆炸情形进行了试验研究，结果表明1.2s点火时超压最大，并且氢气浓度是决定火焰速度和爆炸超压的主导因子。日本三菱重工进行了40MPa氢气泄漏点火爆炸试验，发现爆炸能量不光取决于氢氧混合物的浓度，而且强烈受点火前的湍流特性的影响。它们试验中测试的浓度、超压等数据均可用于数值模拟验证，同时也为氢能设施风险评估提供了基础参照。2、储氢材料安全氢脆是指高压氢气可以渗入容器材料内部，改变材料的机械性能，引起材料脆化的现象。氢脆会导致容器破裂，引发安全事故，从而备受人们关注。氢脆可分为内部氢脆、外部氢脆和氢反应脆化。内部氢脆发生在材料加工时，氢 进入材料内部，导致材料结构失效。内部氢脆在温度173K373K之间都会发生，但在室温下最为严重。外部氢脆发生主要发生在材料处在氢环境的情况下，比如说储氢瓶，吸收或吸附的氢会修改材料的机械属性，引起脆化。外部氢脆主要取决于氢环境施加在材料上的力（如氢气压力）的大小。外部氢脆同样在室温条件下最为严重。氢反应脆化是指氢与金属中的元素发生反应，生成了新的微观结构相，比如说氢与金属中的碳反应生成甲烷气泡，气泡的积累会导致材料力学属性骤变，引起各种失效事件。氢脆事故最早见于上个世纪60年代高强度钢容器，当时并不知道是由于氢脆引起的容器破裂，直到1981欧洲工业界才发布文件，指出此类事故是由于氢脆导致。液化空气集团专门开发了针对1400bar至3500bar的氢瓶爆破快速测试平台，这个平台也可以运行在各种控制温度条件下，用于模拟氢瓶及其它部件老化。对于加氢站而言，要求零部件要求要能长时间耐受-40到+85温度变化，以及短时间内140的高温（快速加注）。因此，部件材料究竟是否符合需求，通常需要严格的测试，液化空气集团开发的该平台正好就可用于加氢站部件的安全测试。3 、氢能安全相关标准与规范研究国际标准组织ISO下属TC197技术委员会主要关注氢技术相关标准的制定，IEC在氢能方面则专门针对燃料电池方面的标准。ISO TC197它下面有9个工作组，WG #1、#5#12分别专攻液氢道路汽车燃料罐、气态氢混合和加氢站及连接装置、气态氢混合和氢燃料道路汽车燃料罐、氢能系统安全性的基本考虑、电解用氢能发生器、用燃料处理技术制氢的安全性和操作试验方法、可逆性金属氢化物储氢、气态氢服务站、氢燃料产品规范。IEC下属TC105技术委员会，最初致力于固定式燃料电池发电站的标准，现在也开始制定与便携式燃料电池和动力系统用燃料电池的标准。因此IEC制定的标准与加氢站虽不直接相关由于涉及车用燃料电池加注，但及其相关安全性，因此与加氢站也间接相关。ISO制定的标准中，与加氢站最相关的标准包括：ISO/PAS 15594 机场加氢设施操作；ISO TC197 WG#11气态氢服务站； ISO 17268 压缩氢气车辆加注接口。美国是在氢能标准规范制定上投入最积极的国家。美国政府在其2002年颁布的国家氢能发展路线图中将“规范与标准”列入氢能系统的七个组成元素之一，其余六个元素分别是：生产、输送、储存、转化、应用和教育。该路线图指出，在氢能技术体系的设计、制造和操作等环节建立统一的规范和标准，将显著加速氢能技术从实验室走向市场的脚步，而政府和业界的合作将加速规范和标准的制定过程，促进国际性统一标准的形成。虽然各国关于氢能规范和标准的制定活动非常活跃，但大多数标准多为推荐标准，只有少数以法规形式颁布。标准的不统一，给氢能设施如加氢站的普及推广带来一定困难，因此建立公认的国际性的标准和法规，是目前氢能安全相关标准制定和研究的方向。九、 世界各国对氢能研究1、国外主要国家对氢能的开发与应用状况国 家开发应用概况美 国美国一直重视氢能。2003年，布什政府投资17亿美元，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，美国建立了第一座氢气站，2005年底，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。欧 盟欧盟也加紧对氢能的开发利用。在20022006年欧盟第六个框架研究计划中，对氢能和燃料电池研究的投资为2500万3000万欧元。北欧五国最近成立了“北欧能源研究机构”，通过生物制氢系统分析，提高生产生物氢能力。欧盟此举旨在把燃料电池和氢能源技术发展成为能源领域的一项战略高新技术，使欧盟在燃料电池和氢能源技术方面处于世界领先地位，欧盟将力争在2020年前建立一个燃料电池和氢能源的庞大市场。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。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1500万辆。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2、我国在氢能研究领域的成就两个领先：氢气产量世界第一，储氢材料产、销量第一现在中国的氢能在国际上还有一定的地位，并不是有人想象的那么弱。首先从氢气的产量上来讲，我国应该是世界第一大产氢国，大概年产1000多万吨的氢。中国氢气产量世界第一气。全世界最大的一个制氢工厂就在我国的鄂尔多斯，是用煤来制氢的，一年能够生产18万吨氢气。还有，我们跟日本一样，是世界最大的储氢材料产品国。中国和日本两国几乎包了全世界金属储氢材料的生产；而且我们的销售量比日本还大。 最常见的储氢方法就是将氢气压缩，用高压气瓶储存。这方面我们跟国际