氢能的可利用性及其必要性 2

1、 氢能的可利用性及其必要性 高分子1102 王帅 5 技术和经济的发展以及人口的增长，使得人们对能源的需求越来越大.目前以石油，煤为代表的化石燃料仍然是能源的主要来源.一方面，化石燃料的使用带来了严重的环境污染，大量的CO2，SO2，NOx气体以及其他污染物，导致了温室效应的产生和酸雨的形成.另一方面，由于化石燃料的不可再生性和有限的储量，日益增长的能源需求带来了严重的能源危机.据估计，按照目前的消耗量，石油仅仅能维持不到50年，而煤也只能维持200年.Kazim和Veziroglu指出，做为主要石油输出国的阿拉伯联合酋长国，将在2015年无法满足石油的需求.Abdallah等人则公布，埃及的

2、化石燃料资源，在未来的20年内就会耗尽！基于以上所述环境污染和能源短缺的双重危机，发展清洁的，可再生的新能源的要求越来越迫切.太阳能，风能，生物质，地热能，潮汐能，具有丰富，清洁，可再生的优点，今年来受到了国际社会的广泛关注.尤其以太阳能，风能以及生物质能，更被视为未来能源的主力军.根据简单估算，太阳能的利用率为20%时，利用陆地面积的0.1%就足以提供满足当前全球的能量需求.而中国仅仅依靠风力发电，就足以使目前的发电量翻一番.然而，这些可再生资源具有间歇性，地域特性，并且不易储存和运输的特点.氢，以其清洁无污染，高效，可储存和运输等优点，被视为最理想的能源载体.目前各国都投入了大量的研究经费

3、用于发展氢能源系统.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”，如把海水中的氢全部提取出来，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%。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，宣布今后4年政府将拨款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。氢能 【hydrogen energy】 通过氢气和氧气反应所产生的能量。氢能是氢的化学能，氢在地球上

4、主要以化合态的形式出现，是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75%。由于氢气必须从水、化石燃料等含氢物质中制得，因此是二次能源。工业上生产氢的方式很多，常见的有水电解制氢、煤炭气化制氢、重油及天然气水蒸气催化转化制氢等。氢能具有以下主要优点：燃烧热值高，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。燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源。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。氢能利用方面很多，有的已经实现，有的人们正在努力追求。为了达到清洁新能源的目标，氢的利用将充满人类生活的方方面

5、面，我们不妨从古到今，把氢能的主要用途简要叙述一下。依靠氢能1869年俄国著名学者门捷列夫整理出化学元素周期表，他把氢元素放在周期表的首位，此后从氢出发，寻找与氢元素之间的关系，为众多的元素打下了基础，人们则氢的研究和利用也就更科学化了。至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，使1.3万人领受了上天的滋味，这是氢气的奇迹。然而，更先进的是本世纪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

6、。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。这一切都依靠着氢燃料的功劳。面向科学的21世纪，先进的高速远程氢能飞机和宇航飞船，商业运营的日子已为时不远。过去帝王的梦想将被现代的人们实现。氢动力汽车以氢气代替汽油作汽车发动机的燃料，已经过日本、美国、德国等许多汽世公司的试验，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

7、燃料利用效率可高20%。当然，氢的燃烧主要生成物是水，只有极少的氮氢化物，绝对没有汽油燃烧时产生的一氧化碳、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染。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，近期多使用掺氢汽车，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、

8、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。氢能发电大型电站，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

9、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，氢能发电就最适合抢演这个角色。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，

10、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。燃料电池的简单原最巧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：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

11、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。融熔燃料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。固体电池固体氧化物型燃料电池被认为是第三代燃料电池，其

12、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，可产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

13、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，因此也是今后氢能利用的孪生兄弟。家庭用氢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，减轻许多繁杂事务氢能在工业领域(如切割,焊接),巳有非常长的历史.

14、特别是在首饰加工行业,有机玻璃制品火焰抛光, 连铸坯切割,制药厂水针剂拉丝封口等领域的应用非常普及.作为新能源，其安全性受到人们的普遍关注。从技术方面讲，氢的使用是绝对安全的。氢在空气中的扩散性很强，氢泄漏或燃烧时，可以很快地垂直升到空气中并消失得无影无踪，氢本身没有毒性及放射性，不会对人体产生伤害，也不会产生温室效应。科学家已经做过大量的氢能安全试验，证明氢是安全的燃料。如在汽车着火试验中，分别将装有氢气和天然汽油燃料罐点燃，结果氢气作为燃料的汽车着火后，氢气剧烈燃烧，但火焰总是向上冲，对汽车的损坏比较缓慢，车内人员有较长得时间逃生，而天然燃料的汽车着火后，由于天然气比空气重，火焰向汽车四周

15、蔓延，很快包围了汽车，伤及车内人员的安全。随着我国经济持续高速增长，我国人民生活不断向小康迈进并且我国国际地位不断提高。可是能源危机问题也因经济高速发展而造成的对能源的巨大需求而逐渐成为遏制我国长期发展的战略瓶颈。相比美俄，我国暂时能源战略优势明显不足，抢先进入氢经济是我国摆脱百年来科技和战略落后的最佳切入点。目前我国工业企业包括汽车工业在研发实力和资金上距美日欧还有一定差距，在氢能开发和燃料电池技术上我国还处于落后状态。我国在氢能开发研究上已经投入大量资金和人力，可是能源战略事关重大，我国中央政府可以考虑利用我国特有的中央调控和执行性强的优势，把氢能的开发和推动氢经济列为国家发展战略并展开求真务实的氢经济大跃进。率先成功启动氢经济是我国逐渐摆脱对海上石油供给线的依赖，摆脱潜在的海上封锁，成功取得台海乃至全球长期战略优势的关键。评判结果王帅同学： 你的课程作业小论文写的真不错！很好！但是，你也有一些地方需要你以后注意改正，例如，（1）你的题目要写成1行而且要居中！（2）你的班级、学号、名字要写成1排！（3）在你的正文中，CO2、SO2、NOx要改