可再生能源---氢能

1、可再生能源氢能的发展与利用高二28班 安家骐能源是人类生存和发展的重要物质基础，也是当今国际政治、经济、军事外交关注的焦点，经济社会持续快速发展，离不开有利的能源保障，伴随着人类社会的发展，能源成为人类社会越来越不可缺少的东西。同时，因为科技的发展，能源的消耗越来越快，能源问题逐渐凸现。其解决方法莫过于寻找可再生能源并加以发展利用。一、能源问题的现状能源分为可再生与不可再生能源，当今的社会仍普遍使用如煤炭，石油等传统化石能源，人类的能源利用经历了从柴薪时代到煤炭时代，再到油气时代的演变，在能源利用总量不断增长的同时，能源结构也在不断变化（如图1）而化石能源的长期大量使用在促进了区域经济发展的同

2、时，也严重破坏了环境，造成了严重的生态问题，如酸雨，气候变暖等。科学观测表明，地球大气中CO2的浓度已从业革命前的280ppmv 上升到了目前的379ppmv(见图2)；全球平均气温也在近百年内升高了0.74，特别是近30 年来升温明显。总体上看来，全球变暖对地球自然生态系统和人类赖以生存环境造成了日益严重的负面影响。所以调节能源结构，大力发展可再生能源成了迫在眉睫的事。二、氢能的发展历程纵观能源发展史， 你会看到一个有趣的现象， 即人类所用燃料中氢和碳的比例随年代逐步升高。人类的燃料先用薪柴，然后用煤炭，现在主要用石油，接着将是天然气，最后则是不含碳的氢气。柴薪-煤-油-天然气中的氢/碳的原

3、子比率大约是0.1-1-2-4，对于未来的可再生能源，氢/碳的比率则趋于无限大。同样有趣的是，我们会发现人类的燃料从固体的柴薪、煤到液体的石油再到气态的天然气，燃料的替代按着固体-液体-气体的方向进行。这是否也提示我们， 氢气必然是未来的燃料呢3？人们对氢并不陌生， 大约250 年前人们就发现了氢；约150年前，氢获得工业应用。在使用天然气之前， 人们就用所谓的城市瓦斯来取暖、做饭或道路照明；那种瓦斯含氢量达70%。我国在推广天然气之前， 广泛使用的由煤制取的城市煤气中含量高达50%以上。利用液氢发射火箭、航天飞机去探索宇宙的秘密已是众所周知的事。氢早就是人类应用的能源。可再生能源是未来能源发

4、展的趋势， 而在众多的可再生能源中，风能、水能、地热能和潮汐能都不仅受到地域限制， 而且不稳定；太阳能受到太阳光照射限制，不稳定且成本昂贵； 而生物质能对于环境的影响尚需多方面的考评， 可再生能源的发展需要一种有效的能源载体， 而氢则是一种最为理想的可再生能源载体。三、氢能的优点除了上面提到的不易受地域限制与不污染环境外，氢能还有以下几个优点（1）资源丰富。氢在宇宙中是最丰富的物质，在构成宇宙的物质中约占75%。在地球上的氢主要以其化合物，如水(H2O)、甲烷(CH4)、氨(NH3)、烃类(CnHm)等形式存在。水是地球上分布最广的物质，如果把水中的氢都提炼出来，约有1.41017t，所产生的

5、热量是地球上化石燃料的9000 倍！ 水在地球上几乎是无所不至，水就是地球上名副其实的“氢矿”。（2）可再生性。氢由化学反应产生电能（或热能）并生成水，而水又可由电解再转化为氢和氧，如此循环，永无止尽。（3）环保、高效。使用氢燃料电池，通过电化学反应将氢转化为电能和水，过程中不排放CO2和NOx，没有任何污染，另外氢气是一种极高能量密度与质量比值的能源。燃料电池的发电效率最差也有3545%(通常都高出很多)， 高过诸多内燃机（2030%）。四、氢能的利用4.1太阳能半导体光催化分解水制氢自1972年Fujishima和Honda 在Nature杂志上发表TiO2电极光催化可将水分解为氢气和氧气

6、的结果以来, 光催化研究受到世界上各国的广泛重视, 西方发达国家投入了大量的资金和力量开展研究, 使光催化科学研究得到迅速发展。30 多年来已逐步形成太阳能化学转化光催化和环境光催化两大类。迄今, 人类已知的借助光电过程用太阳光分解水制氢的途径主要有光电化学法、均相光助络合法和半导体光催化法。其中将TiO2 或CdS等光敏性半导体微粒直接悬浮在水中进行光化学反应分解水制氢的半导体光催化方法最经济、清洁、实用而富有前途。4.2超临界水中生物质催化气化制氢生物质制氢方法可分为三类, 即生物质热化学气化法；生物质液化后再转化制氢法；微生物化学分解法：包括微生物厌氧消化、发酵及新陈代谢法等。热化学气化

7、法在效率、成本、规模化等方面更有优势, 其中尤以超临界水气化方法在气化效率、产品品质及环境友好性等方面更为优越。五、小结新型氢能动力系统的研究无疑将成为21世纪能源科学技术发展的重要方向, 高效、低成本地实现可再生能源制氢是建立可持续发展氢能动力系统的基础与关键。以太阳光为能源用半导体光催化方法直接分解水制氢以及以生物质为原料利用超临界水催化气化制氢这两种方法, 具有突出的优势和良好的工业应用前景, 已被国际能源机构等许多国际大型氢能研究计划列为重要研究方向, 我国应该在有关科技发展规划中及时布局, 加强基础研究, 力争早日有所突破, 以掌握未来能源科学技术发展中的主动权。参考文献1、可再生能

8、源_氢能的发展与化石能源的替代【作者中文名】 余亚东; 毛宗强; 【作者单位】 清华大学化工系; 【文献出处】 科学对社会的影响, Impact of Science on Society, 编辑部邮箱 2009年 02期 期刊荣誉：ASPT来源刊 CJFD收录刊 2、可再生能源制氢与氢能动力系统研究【英文篇名】 HYDROGEN PRODUCTION USING SOLAR ENERGY AND THE STUDY ON HYDROGEN POWER SYSTEM 【作者中文名】 郭烈锦; 赵亮; 【作者英文名】 Guo Liejin Zhao Liang; （ Stole Key laboratory of Multipha.se Flaw in Power Engineering; Xi an Jiaotong University; Xi an ）; 【作者单位】 西安交通大