限制氢能产业化的因素及解决方法探讨.doc

限制氢能产业化的因素及解决方法探讨石油、煤炭、天然气燃烧产物主要是二氧化碳，造成地球温度逐年升高。同时，化石燃料中还含有杂质，特别是硫、氮、磷、砷等，燃烧产物酸性，造成大气污染和酸雨，而且还导致温室效应的加剧，刺激皮肤，引起哮喘等多种呼吸道疾病。我国的能源结构以煤为主（约占75左右），且随着经济建设的迅速发展，能源的消耗量日益增加。针对这些情况，我们必须找到一种储量大、后续性强、热效率高、储存形式多的环保型清洁能源，氢能源正是这样一种优质能源。在石化燃料日益减少的情况下，我国能源本来就不占优势再加之人均资源占有不足，这就势必要求我国必须比其他国家更重视后续能源的开发利用，而汽车这种机动性强的现代交通工具只能采用“含能体能源”，所以氢能源无疑成为一个新兴的热点。氢本身无毒、无臭、与氧化剂（如空气中的氧）发生公演反应时释放出能量，同时产生纯净的水。由于不受热机卡诺循环的限制，燃料的转换效率可以做得很高，不造成环境污染，是一种具有高转换效率的清洁能源。一 、氢能产业化制约因素虽然氢能在环保方面有很大的优势，但是它还处于发展的初级阶段。限制其发展的主要因素有：（1）制取成本高 、需要大量的电力：目前 ，氢的来源一般是天然气和沼气。此外 ，可以通过电解水将氢和氧分离而提取氢 。而电能则可以通过煤或核反应堆发电来产生。由于氢的提取需要消耗其他能源 ，因此 ，如果使用煤、天然气、沼气等碳氢燃料来提取氢 ，则会排出导致温室效应的气体 。采用风力和太阳能可以解决这一问题 ，但这种开发方式费用太高 ，从而导致氢燃料电池汽车的成本增加 。此外，一些辅助设施如氢燃料加注站的建设也要费些时日。（2）能量密度小且储存与运输不便：氢气密度小，很难液化 ，氢燃料储存困难 ，有泄漏和气化的问题，包括爆燃、回火、早燃等问题有待解决 。综上所述，氢燃料虽然污染低，但是储存困难，有泄漏和气化的问题，包括爆燃、回火、早燃等问题有待解决。氢气的生产方法有多种，但只有在解决了其成本、储存等问题以后才有可能批量使用。二 、加速氢能产业化的对策1、发展适合我国国情的低成本高效环保的大规模制氢技术 根据我国煤炭资源丰富的特点，应着重发展高效、低污染的集中式煤气化大规模制氢，要加强对煤炭气化过程中CO2捕捉和封存技术的研究，同时应重点加强我国有一定基础的、具有长期发展前景的可再生能源制氢技术。随着我国核能技术的日渐成熟，应逐步探索可控核能制氢技术。2 、发展高效的氢储存技术在一个理想的氢燃料循环中，氢的贮存和输运是其不可缺少的环节，是太阳能氢能系统中重要的组织部分。近年来，氢的贮存与运输技术也发展很快，金属氢化物、有机氢化物、特种活性碳等，都是较好的贮氢材料，特别是超级吸氢材料棗碳纳管，倍受人们重视。碳纳米管是1991年由日本NEC公司的饭岛发现的，它是一种纳米级的同轴管状碳纤维，其横截面是2个或多个同轴管层组成，层间距为0.343nm，略大于石墨中碳原子层之间的距离(0.335nm),其晶体结构为密排六方(h.c.p)，c=0.6852nm,c/a=2.786,与石墨相比a值略小而c值略大。由于碳纳米管中独特的晶格排列结构，其贮氢数量远远高于传统的贮氢材料。碳纳米管产生一些带有斜口形状的层板，层间距离为0.337nm，而分子氢的动力学直径为0.289nm，所以碳纳米管可用于吸附氢气。同时，由于这些层板间的结合是不牢固的，降压时，可以通过膨胀放出氢气。根据清华大学所进行的碳纳米管吸附氢试验，其吸附容量已可达到1L氢/g，可见碳纳米管是一种很有发展前途的贮氢材料。此外，19.629.4MPa大气压的高压贮氢和液化贮氢技术也已实用化；同时，在某些场合下，制与用相结合的供氢技术也显示出其越性。所有这些技术的发展显著地降低了贮、运氢的成本，提高了它的效率和安全性。目前我国对储氢材料的研究比较活跃，研究内容涉及到了高压储氢、碳纳米管储氢、新型合金储氢、有机化合物储氢、碳凝胶储氢、玻璃微球储氢、氢浆储氢、层状化合物储氢等当前国际氢储存技术研发的主要方面，并在金属氢化物储氢、碳纳米管储氢、复杂化合物储氢等方面具有优势。今后应进一步重点发展：新颖金属合金储氢、碳纳米管储氢、高压液态储氢、有机化合物储氢、车载储氢系统等技术，探索层状化合物储氢、笼形水合物储氢等技术。3、加强氢燃料电池技术以及相关基础设施的研发发展氢经济的一个重要方面是发展氢能交通运输体系和氢能基础设施建设。在氢燃料电池方面，我国可重点发展：大功率质子交换膜燃料电池技术、中低温固体氧化物燃料电池技术、基于燃料电池的系统集成技术、质子交换膜技术、电催化剂技术、先进的膜电极组件技术、无铂催化剂技术等，同时积极探索生物燃料电池、再生式燃料电池技术等研发。4、加强以氢能和燃料电池为核心的分布式氢能源系统研究由于氢能和燃料电池具有诸多优点和分散供能的特征，因而加强以氢能和燃料电池为核心的分布式能源系统研究已成为今后国际研发的重点。当前这种以氢能和燃料电池为核心的分布式能源系统的发展趋势是与可再生能源利用相结合，以氢为载体，以燃料电池为能源转化工具，加强对可再生能源的开发。5、关注氢经济发展的相关环境问题与安全虽然氢能本身是一种绿色的能源，但在用化石燃料制氢过程中，如果封存技术不当，仍会有CO2泄漏到大气中造成温室气体增加。氢在生产、储存、运输以及氢燃料电池使用过程中都不可避免地存在氢气泄漏问题。当泄漏到周围环境中的氢气达到一定浓度，遇到明火可能会发生强烈化学反应甚至爆炸，造成人员和财产损失。此外，泄漏到大气圈中的氢气会与大气中的臭氧反应，破坏对人类起保护作用的臭氧层。因此，应加强与氢安全相关的氢检测传感器技术、潜在事故情景处理技术等研究。6、有效鼓励企业参与氢能和燃料电池技术的产业化和市场化开发按照市场经济的运行规律，氢能和燃料电池技术只有在技术成熟、具价格竞争力的情况下才能占领市场，取代传统的化石燃料和一些利用效率相对较低的能源转化方式。企业有效参与才有可能开发出具价格竞争优势的氢能制备、储存、运输和应用技术，同时这也是决定氢能最终替代传统化石能源的关键。7 、构成太阳能氢能系统众所周知，太阳能是一种取之不尽而又没有污染的能源，其缺点是能量密度低而且昼夜差别大不稳定，贮存与运输又相当困难。若能将太阳能与氢能结合在一起，构成太阳能氢能系统，其优缺点有着非常好的互补性，通过它可以实现一个完全可再生的无污染的燃料循环 。德国早在1993年就对这种系统进行了基础研究。8、政府补贴促进氢能利用 要促进氢能的社会化利用，需要向公众宣传氢能的优点和使用安全性，促进公众对氢能的了解和利用。同时，国家应出台更有效的激励政策，比如，国家应对氢能利用予以政府补贴，这样才能有效促进氢能的研发和系统应用。三 、总结 我国氢能产业虽然起步晚 ，但是在政府的大力支持下 ，发展迅速 。尽管在氢能产业化进程中遇到了种种困难 ，但是我国发展氢能的步伐不但没有停止反而在大步加快 ，发展氢能等新能源产业是我国可持续发展的重要步骤 ，符合科学发展观 ，政府制定并出台了相关政策大力支持氢能产业的发展 ， 在2011-2015年中国氢能产业“十二五”规划发展指导报告中，国家准确地把握行业发展动向、正确制定了企业竞争战略和投资策略 。相信在政府的大力支持下 ，我国的氢能产业一定会取得突出的成就 。 参考资料：【1】 邢 文. 电动汽车的环境效益分析