太阳能制氢课件

1、太阳能制氢 氢能：人类未来的清洁能源氢，在常温常压下是气体状态，在超低温高压下又可成为液态。作为能源，氢能具有重量轻、热值高、“爆发力”强、来源广、品质纯洁、能量形式多、储存便捷等优点，赢得了人们的青睐。一致认为，用氢能取代碳氢化合物能源，将是重要的发展趋势。这种新能源已开始逐步形成，通过太阳能制得的氢，将成为普遍使用的一种高级能源，二三十年后，氢，必将是众多领域的重要能源。如何从太阳能得到氢在太阳能制氢阶段，人们研究了多种制氢方法，如太阳能电解水制氢，太阳能热化学制氢，光化学作用制氢，光电化作用制氢，光解水制氢，太阳能热解水制氢和光合作用制氢等。上述大多数制氢方法目前还处在实验室研究阶段，离

2、实际应用还有较大作用。太阳能电解水制氢电解水制氢是获得高纯度氢的传统方法。原理：将酸性或碱性的电解质溶入水中，以增加水的导电性，然后让电流通过水，在阴极和阳极上就分别得到氢和氧。应用：目前，世界上已有许多先进的大型电解装置在运行，一天制氢量在千吨以上，电-氢的转化效率可达75%以上。但由于太阳能光伏电池-电的转换效率较低，价格非常昂贵，所以难以和电解水制氢竞争，更不用说是常规能源了。太阳能直接电解制氢原理：它基于光电化学池和半导体光催化法，即通过光阳极吸收太阳能并将光能转化为电能，同时在对电极上给出电子。左图为太阳能直接电解水制氢示意图。太阳能热解水制氢原理：水在2000时，可以直接离解为氢气

3、和氧气。太阳能热解水制氢，就是采用高反射、高聚焦的实验性太阳炉，可以实现2000 以上的高温，从而能直接使水分解，得到氢气和氧气。应用：由于这类装置的造价很高，效率较低，尚不具备普遍的实用意义。太阳能热化学制氢原理：因为直接热解水制氢的温度很高，工程实现困难。人们试图在1000 左右，在不同阶段和不同温度下加给在含有添加剂的水分解系统中，使水沿着多步骤的反应过程最终分解为氢气和氧气。取得的成果：目前已研究出多种热化学循环系统，如金属Ca 、Sr、Mn、Fe的卤化物作为氧化还原剂分解水； 双组分S-I氧化还原系统；蒸汽-铁系统等。热化学制氢的难点：材料问题：高温而且同时又在腐蚀性的氧化还原剂存在

4、时，材料的腐蚀和破坏格外严重。反应中间产物或最终产物的分离难易程度。太阳能光化学制氢目前太阳能光化学制氢的的主要光解物是乙醇，即太阳能直接分解水中的乙醇制得氢。乙醇是很多工业生产过程中的副产物，也容易从农作物中得到。C2H5OH CH3CHO+H2+41.2KJ/mol太阳能直接光催化制氢原理：往水中加入一些物质，试图通过这些物质吸收光能并有效地传给水分子，使水光解成氢和氧。研究关键：（1）研制高效的可见光催化剂； （2）构建稳定的光催化反应体 系。光合作用制氢原理：利用某些微生物（光合作用细菌）转换太阳能，产生特定物质氮化酶和氢化酶，然后再利用这两种特定物质分解水产生氢气。该技术的主要障碍：

5、微生物产生氮化酶和氢化酶的效率不高、氮化酶和氢化酶的热稳定性不好和寿命短等，这些问题有待科学家们的进一步探索研究，寻找解决办法。生物制氢（1）蓝藻和绿藻 该类生物可利用体内巧妙的光合机构转化太阳能为氢能。两者均可光合裂解水产生氢气，但产氢机制却不相同。目前，这种藻产氢能力很低。（2）厌氧光合细菌 与蓝藻和绿藻相比，厌氧光合细菌的厌氧光合放氢过程不产氧，故工艺简单，而且产氢纯度和产氢效率高。（3）非光合生物 该类微生物可降解大分子有机物产氢的特性，使其在生物转化可再生能源物质（纤维素及其降解产物和淀粉等）生产氢能研究中显示出优越于光合生物的优势。太阳能-氢能系统在前面，介绍了太阳能制氢的方法，用

6、太阳能制取的氢可以像天然气那样储存起来，这样氢能在太阳能和用户之间就可以起到一个桥梁作用，构成太阳能-氢能-用户的能源链，示意图如下：太阳能-电解水-制氢系统太阳能-氢能系统的尝试美国加州洪堡州立大学莎茨能源研究中心开发的太阳能制氢系统，每天可自动生产出干净的氢燃料。该系统1989年开始筹建。德国一座500KW的太阳能制氢试验厂目前已经投入试验运行，生产的氢气被用作锅炉和内燃机燃料或者用于燃料电池的运行。在沙特阿拉伯也建成了一个350KW的太阳能制氢系统，这一系统是德国航天局和阿布杜拉科学城的试验研究和培训基地。太阳能-氢能系统的科学性（1）长久地提供人类所需的足够能量。（2）最环保的能源系统。（3）是和平的能源利用方式。太阳-氢能系统的经济性 推动太阳-氢能系统趋于经济、适用化的因素主要有：（1）随着研究的深入，太阳-氢能系统的效率将进一步提高，达到实用化程度；（2）工艺和材料的改进，以及规模化生产，可降低建造成本；（3）建立低成本，超长距离输氢系统，在太阳能丰富的地区建立太阳-氢能系统，制备廉价的氢；（4）储氢、用氢技术的成熟，可促进太阳-氢能系统向规模化和产业化方向发展；（5）化石能源减少，其价格必然