回顾人类使用能源的历史

氫能源第一組林雨農陳栢林陳子敬陳昶宏吳志杰吳佳靜吳宇耕吳侑儒葉明婷閻正剛王婉馨李依純Introduction閻正剛回顧人類使用能源的歷史化石燃料的開發和熱的利用畜力、風力、水力等自然動力的利用原子核能的發現及開發利用電的發現及開發利用火的發現和利用

面臨問題

目前全球能源結構：石油51.4%

煤炭30.8%

核能9.0%天然氣6.7%

再生能源2.1%氫能源的優勢2H2+O2→2H2O

產物為H2O，零污染氫的燃燒熱值高△H

=

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kJ/mol汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍氫能源發展待解決的問題1.如何產氫？2.氫氣的儲存目前朝利用太陽能的方向進行研究Ex:高壓鋼瓶，合金金屬儲氫、吸附儲氫產氫的方法Watersplitting化石燃料製氫生質製氫技術Watersplitting林雨農Watersplitting最一開始的方式-電解水H2OH2+O2Watersplitting的方法再生能源製氫-太陽能源1.提高能源供給2.環保訴求太陽光能製氫法主要方法有：(1)太陽能電池結合水電解法(2)直接光催化將水分解製氫法(3)太陽熱能分解製氫法光觸媒？當化學物質受到光線照射時，可藉光的能量促使化學反應的產生。EX.冷氣機的殺菌光能分解水的光觸媒受到光的照射，會生成電子及電洞電子水分子氫氣電洞半導體氧氣光電化學產氫技術PECPhotoElectroChemical光催化反應產氫技術Photocatalytic光觸媒表面Step1.Step2.Step3.Step3.e-h+ParticulatephotocatalystHv>EgRecombinationH+H2O2H2OPrinciple水分解三大需求能量需求過電壓穩定性水溶液能階位置高低TitaniumDioxide,TiO2二氧化鈦陳子敬TiO2OccursinnatureaswellknownmineralsRutile,AnataseandBrookite.MoststableformisRutile.Allcontained6coordinated titanium.Theirbandgapsaresimilar. (3.0eVforRutileand3.15eVforAnatase)UnitcellofRutile:UnitcellofAnatase:Honda-FujishimaEffectDiscoveredbyAKIRAFUJIJSHIMAandKENICHIHONDAin1972.Suggestedthatwatercanbedecomposedbyvisiblelightwithoutanyexternalvoltage.

TiO2+2hv2e-+2p+ 2p++H2O½O2+2H+

2e-+H+H2

-----------------------------------Overall:H2O+2hv½O2+H2Thiseffectisverysimilartothephotosynthesisprocess.

DevelopmentofTiO2EfficiencyislowwhenpureTiO2isused.Overtheyears,differentmaterialshavebeenusedtodevelopTiO2.ReplacementofPtwithRhasthecocatalyst.TiO2combinewithmetaloxides(egSrO)toformmetaltanalates(SrTiO3).NiOdepositiononthemetaltanalatesimprovestheQuantumEfficiencies(QEs).Rh>Ru>Re>Pt>Ir>Pd>Os>CoThe蓄ta延ble起be禽low责sh浊ows怨so醉me郊of惰the赞ph耻oto选cat摆aly展sts生th贤at愤hav闭eb粗een毅de塔vel绑ope肺do筑ver窄th漠ey滩ear戏s.化石燃私料製氫陳栢林簡介世界上音商業用差氫氣大沾約有96％來源依影然仰賴洲化石燃应料化石燃料叶製造氫氣刘依原料不番同，大致夕可分為固態、既液態以及氣態三種化石燃料悬製氫煤製氫邮：煤的焦透化煤的汽化(1)俯C(s)＋H2O(g)输→C洲O(g)＋H2(g)(2)检CO遭(g)＋H2O(g)救→C张O2(g)＋H2(g)天然氣倡製氫：天然氣水展蒸氣重整菌製氫CH4(g)＋2H2O(g之)→搬CO2(g)＋4H2(g)天然氣纹水蒸氣耕重整與薯部分氧代化法製召氫CH4(g)＋0.5O2(g)疼→欢CO(集g)＋2H2(g)天然氣和裂解製CH4(g)奇→C(丹s)＋2H2(g)液體化石存能源製氫己：甲醇產氫途反應CH3OH(l秒)＋H2O(g)鸡→C励O2(g)＋3H2(g)輕質油製肿氫重油部狐分氧化填法製氫天然氣水泄蒸氣重整畜製氫(1)其CH4(g)＋H2O(g良)→扔CO累(g)＋3H2(g)(2)风CO(g姥)＋H2O(g)与→C岸O2(g)＋H2(g)總反應：CH4(g)＋2H2O(g)选→C市O2(g)＋4H2(g)氫氣產率答：75％htt摄p:/伸/bl快og.棒roo宝do.辨com介/en义erg葱yte尸ch/猫arc判hiv摄es/穷393魔625踢7.h菌tml甲醇蒸氣现重組產氫貴金屬系右鉑、鈀：優點：啊在於活抬性高、口選擇性兽好、穩目定性佳缺點：價纱格高昂、串且易受一胃氧化碳毒版化銅系觸媒渐：活性雖编不如貴工金屬系蠢，但由损於價格愚便宜姜，具有遗商業化绝之潛能電漿重牧組製氫投：優點：践不需使隙用觸媒銅系觸媒芝：Cu/宁Zn/Zr/γ-Al2O3觸煤製辱備方法种：初濕球含浸法inci仗pien夜twe喂tnes飘sTay蔽lor工C.定E.Ind.植Eng捧.Ch球em.锈Res.2007失,46,890隙6-8嘴909甲醇電漿吓重組製氫http唇://b泻log.剑rood蛮o.co票m/en劝ergy剩tech匆/arc胸hive编s/39灭3657氧7.ht股ml高能量將悲氧化氣體观變為電漿壶氣，利用高锤導熱導電视性能以及项富含離子蠢、電子、位自由基可城使混合良边好的液體仅或氣體燃社料充分加枝速反應產喜生以氫氣掌與一氧化语碳為主的庸合成氣體生質製氫傅技術葉明婷生物法贞製氫途遗徑光合作用(pho苦tosy亮nthe厌sis)光醱酵(lig峰htf政erme跪ntat炸ion)暗醱酵(dar脱kfer晌ment众atio顾n)30光合作耗用(ph破oto桌syn谊the视sis件)hydr吐ogen罢ase2H++2颠Fd-H2+2制Fd發展歷拖史最久府，研究委最為透石徹產氫效率丛較差需較大饱反應面更積，不纺適合台挠灣發展31光醱酵(lig纵htf慢erme律ntat阻ion)Gluc榜ose工+6火H2O6C数O2+1躬2H2廢棄有怨機物降罢解，解笋決環境它汙染可將有機去物完全分曾解光醱酵轨菌中nitr矛ogen当ase需高能状合成氫滑氣太陽能好轉換效盐率低反應器死建構複每雜32暗醱酵(dar时kfer缓ment旨atio膏n)C6H12O6+2H2O顾2绒CH3COO漂H+4冲H2+2C隶O2C6H12O6CH3COO倍H+2延H2+2CO2H2非完全降岔解，有伴动隨其他產梨物（乙酸耐、乙醇etc.）操作條箩件要求恋低（常棚溫常壓秒、免日勉光可不宏分晝夜头）代謝速饥率最快锅、效率帆最高33生物氫能更國內外發咽展現況國際組織歐盟Hyvolution亞洲生質產氫聯盟（AsianBioHyLinks)國內工業技術研究院成功大學逢甲大學34儲氫吳宇耕未來是作氫能的迷時代!如何儲仙氫決定膀氫能經庆濟的實兼現!壓縮儲氫以壓縮氣茧體形式儲辈氫是目前雨最普遍儲剩氫方式，屑目前燃料迟電池車的健儲存壓力膀大約落在25~3勾5MPa之間。研究發昌展目前為佳了儲存恭足夠的切能源，章以滿足赔載客汽名車所需蜓行駛的今里程數，目前已接有測試碧壓力達钟到70M雀Pa其能將效洲率由1.9w赠t％提升到3wt％氫的壓縮1.壓縮功在溫度T和壓力為P1和P2之間的男等溫壓复縮所需知的功為W＝AT鲜lo狭g(P2/P1)A為一經驗克壓力修正吩係數低壓=1、70MP匪a為0.82.絕熱壓获縮絕熱壓僵縮需要苦更多的宾能量輸娃入，較燥佳的方鹊式為多萌階段中厌高壓風固冷式壓縮機，猜其能夠將纽奉單階段式墙的能量輸就入減少一尝半。高壓氫槽壶安全性在乘客身之邊的高壓时氫槽安全涛性現已列话入主要研港究重點。增加容魔器的抗哑壓性玻璃塑鋼铜材料液態氫儲仰氫王婉馨Adva石ntag隶esDis闯adv露ant疤age绩sExam析plesAdva避ntag鸟es以液氫儲晕氫具有較益高的體積赠能量密度矮。常溫、主常壓下液芦氫的密度释為氣態氫营的845倍845Dis敬adv燥ant于age护s需要耗荷用許多蹈能源。儲存成本芹較昂貴安全技術经較複雜。BMW旗下第暴一款豪羽華氫氣别動力房食車－Hydr叛ogen菊7多層複合眯金屬材質弊，再加上3mm的中空設欣計，讓儲狭存槽內的毙溫度得以交經常保持弦在-25同0℃根據BMW的官方資决料，這個浓儲存槽的积保溫性能匀，可以讓近放在裡面答的雪人，育得要花上17年的時間宪才能融化狸。儲氫金迟屬儲氫李依純儲氫金舰屬之儲纵氫原理LiA视lH4、NaB仅H4等含氫化粱合物、化尿學氫化约物之氧化奏還原電化學熔方法金屬吸附挂氫氣體儲不氫：吸附型现儲氫金领屬作用菊機制儲氫合金献應用儲氫合鲁金應用吸附儲质氫吳佳靜叶吳侑儒吸附儲氫物理v.s化學吸绳附優點1.儲存條件泽溫和2.成本較冒低3.使用安讨全4.儲存效率先高活性碳低溫高翼壓(圖片來自覆周里;周亞平,中國科學B輯第26卷第5期199司6)奈米碳菊管Pict宴ure伟from佩pap识erp晨ubli侮shed质in哥Nano犬tech捡nolo激gy,买Vol.炮17,郑No.蹦15,产14狐Augu洗st2傲006,酸pp.聋392枝0-39县24(镜2006孙)優點：材料尺维寸很小案、獨特的厕晶格排慈列、及較大之的比表味面積奈米碳赖管原理1.奈米碳管辅的碳是以浩不飽和的SP2軌域鍵疏結而成2.形成多熔孔性的绳結構3.奈米的辨尺度，医和氫氣白分子大秋小差不星多4.被相鄰的遗碳原子所也吸引5.毛細力缓可以使程氫氣壓郑縮在孔兴洞中大批生產刺奈米碳管离的技術開生發、價格归的壓低發展BN奈米管3.N时arit舒a和Oku等人指出BN奈米管儲览存量較高吹，而在吸蚂附性質方砍面，他們内推斷有70%的氫為化旁學吸附，30%為物理笨吸附2.味BN奈米管虑的性質盖優於一杂般的奈筑米碳管席，BN奈米管良不易氧旨化且不已易燒毀茧，因此乘適用於他高溫下誉，而且水具有半粥導體的鸦性質1.氮化硼振和石墨鱼的結構妙相近，伤特別是加六邊型霜的氮化烘硼有類希似石墨葬的層狀硬結構Tang呈,C.踢C.;体Ban烈do,诉Y.;萄Ding柜,X.拳X.;宪Qi,忍S.为R.;持Golb勤erg,碧D.,J.溜Am.疫Ch著em.暴So疑c.硫化物奈皱米管1.MoS2和TiS22.奈米管性她質和BN奈米管庆類似3.物理吸附子外，還明愧顯表現出希化學吸附4.吼MoS2的晶體包枝含與氫作巩用較強的S原子以穷及較弱产的Mo原子Met乎al姨Org恭ani翻cf站ram暴ewo愚rk過渡金离屬+有機配體脱組裝成松的結構MOF结-5Cavi悲tyZn4O(BD增C)3(BD锄C强1,4答-be营nze假ned锣ica搂rbo躲xyl嚼ate件)Clus投ter：[Zn4O]6+Lin饰ker：[O2C-C6H4-CO2]Meta慈lOr港gani翁cfr伴amew雕ork材料特性1.高比表面与積(20筐00~货300急0m2/g)2.低密度(0.2星1～0.41友g/cm3)儲氫能晴力→77K下，儲氫贩能力4.5w小t%→室溫征下，以20Ba涂r高壓，姨儲氫能钩力1.0别wt%→P越大，吸睁氫能力越童大78K298KMOF儲氫效能瞎設計高孔性結哭構：孔洞条大小和幾意何形狀互穿結構鑽石型結纪構直徑16Å球體四次互旦穿MOF儲氫效能全設計活性金腹屬中心泄：由小分子狼離去所產拣生纵增脖強化學吸占附氫的能败力輕金屬陽另離子中心该的應用原子量較次小的主族水元素：Mg2+、Al3+氫氣的北分解吸蛇附活性金认屬(如鈀、鋰)和結晶斑型配位裤聚合物撇結合MOF儲氫效堆能設計改變官复能基(li匠nke积r)IRM洪OF-撕8IRMO李F-6MOF完-54倍2倍MOF發展目朝標與目别前應用增加在室苏溫下的儲策氫能力增加孔誉洞與氫虾氣之間德的作用斩力金屬有機名骨架材料罚儲氫匣，腐和3W询PEM燃料電池棋連結，並本推動iPod放Shu射ffle播放音樂右的情形。(核能研究苍所)結論吳志杰製氫1