氢能源的研究与应用文献综述

PAGEPAGE2西南大学文献综述课程名称：化学发展前沿专题题目：氢能源的研究与应用文献综述学院：化学化工学院年级：2012级专业：化学教育姓名：王忠志学号：1120123162215552015年1月9日氢能源的研究与应用文献综述王忠志，化学化工学院，化学教育，112012316221555【摘要】经专家研究认为，21世纪中叶，传统的能源石油和煤炭将逐渐走向枯竭。氢能便是一种既环保又经济的替代产品。本文就氢能的特点、用途、制备技术都做了详尽的阐述。【关键词】氢能；特点与用途；制备技术；1.氢能概述氢能,是指氢与氧反应放出的能量。作为能源,氢能有以下主要特点:(1)氢的放热效率高,燃烧1g氢可以放出14104J的热量,约为燃烧1g汽油放热的3倍。(2)氢气在燃烧过程中,除释放出巨大的能量外,产生的废物只有水,不会造成环境污染,因而又被称为清洁燃料。(3)氢气的密度小、能够储藏,与难储存的电相比,具有显著的优越性。(4)氢的用途极为广泛,它不但能燃烧生热,而且还可以产生化学能,并作为吸热的介质等。长期以来煤炭、石油等矿物燃料的广泛使用,已对全球环境造成严重污染,甚至对人类自身的生存造成威胁；同时矿物燃料是不可再生能源,也会随着过度开采而枯竭。因此,新型替代型清洁能源的开发与应用是大势所趋,氢能作为理想的清洁能源之一,已引起人们的广泛重视。有科学家认为,氢能是未来能源结构中最具发展潜力的清洁能源之一,将以其优异的使用性能在未来能源领域中扮演重要的角色。2.氢能的特点与用途在现代工业中，氢能被公认为人类未来的理想能源。氢具有高挥发性、高能量，是能源载体和燃料；氢不但燃烧放出的热量多，而且燃烧产物是水，不污染环境；同时，氢制备的原料是水资源不受限制。另外，氢气是活性气体催化剂，可以与空气混合方式加入催化燃烧所有固体、液体、气体燃料。氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的。而不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采，几乎完全依靠化石燃料。现代工业中每年用氢量为5500亿立方米，氢气与其他物质一起用来制造氨水和化肥，同时也应用到汽油精炼工艺、玻璃磨光、黄金焊接、气象气球探测及食品工业中。液态氢可以作为火箭燃料，因为氢的液化温度在-253度，氢能被提上人类未来能源的议程是大势所趋。众所周知，当今世界为了解决能源短缺环境污染日益严重和经济持续发展等问题，洁净的新能源和可再生能源的开发已是迫在眉睫。对我国来说，交通运输的能耗所占比重愈来愈大。与此同时，汽车尾气污染已成为大气污染特别是城市大气污染的最重要因素。[1]然而，用氢作为汽车燃料，不仅干净在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4%的氢气，用它作为汽车发动机燃料，就可省油40%，而且无需对汽油发动机作多大的改进。另外，氢能在其它方面也得到广泛应用。近年来由沃克能源公司研究的一种水燃料氢氧机实现了在碳钢领域的应用，这种水燃料氢氧机设备以水能源产生氢氧燃料，取代了液化气、丙烷、乙炔燃气。与乙炔相比，节省成本40%以上。氢氧焰切割不挂渣，切割速度快10%。氢能作为一种洁净的再生能源，同时又具有可储可输的特点，从长远看，它的发展可能带来结构的重大改变，而在目前它是一种理想的低污染或零污染的车用能源。因此，氢能作为解决当前人类所面临困境的新能源，具有广阔的应用前景。[2]3.氢能的制备几种技术技术3.1、水中提取氢气氢气是一种高效节能的无公害燃料,其发热值仅次于核燃料,是汽油发热值的3倍。它不但是一种优质燃料,还是石油、化工、化肥、玻璃、医药和冶金工业中的重要原料和物质。同时,它还是汽车“燃料电池”的主选燃料:燃料电池能把氢转化成电能。但是,目前氢气的制取不但需要消耗大量的能量,而且效率很低,就水电解制氢技术来看,制取1立方米的氢气综合耗电5一8千瓦时,无法满足商业性的大规模利用。因此寻求廉价的制氢技术是各国科学家共同关心的问题。[3]李明伟先生发明了一种“从水中提取氢气”的方法。该方法是采用一种新颖的化学方法及特有的工艺促使水与廉价的X物质进行化学反应,生成氢气及Y物质。而且它的投人少、工艺设备简单、反应激烈、出气量大、气质纯、成本低,制氢装置还可设计成微型、可控、随机运动等特色,免除氢贮运的困难及危险。在该制取方法中,水和X反应的生成物是高纯度的“氢”和高纯度而又超细的“Y物质”,Y物质被广泛用在石油、化工、电子、造纸、塑料、像胶、玻璐钢、高级玻璃、阴燃材料、低压绝缘、高档电缆、牙街、印染、油墨、环保等工业项目上。由于Y物质是重要的化工原料而且价格不凡,它抵了部分X物质的成本,所以使氢的生产成本就降得极低。[4]随着科学技术的进步及氢能系统技术的全面发展,氢能将深入到人类活动各个方面,直至走进干家万户,其前景广阔,市场巨大。3.2、从植物中提取氢气的新技术美国科学家研究出一种从植物中提取氢气的新技术。这标志着制取清洁、廉价氢燃料的研究取得了新进展。美国威斯康星一麦迪逊大学的科学家给从植物中提取的葡萄糖溶液加压并将其加热到20℃,再用一种无机催化剂处理。起催化作用的是分布在有许多微孔的氧化铝材料中的大量微小的铂颗粒。它们能把葡萄糖分解成氢气、二氧化碳和甲烷。氢气燃烧释放出大量的能量并且只生成水,是一种高效而清洁的燃料但是氢气不容易制取,用淀粉葡萄糖产生氢气的成本太高,细菌降解生物物质的方法又难以工业化。科学家希望改良这种新技术,用无机催化剂处理植物纤维素里的葡萄糖,因为农业和林业的下脚料如稻草、碎木中都含有大量纤维素,这样无疑将降低制取氢气的成本。[5]3.3、从煤油中板取氮气主要从事从炼油过程提取化学品的日本油业巨人三菱石油公司即将研究与开发从煤油中有效提取氢气,并使公司将一套基于聚合物电解质燃料电他的热电联产系统商品化成为可能。聚合物电解质燃料电池通过诱使氢气与氧气发生化学反应而发电。该公司正在它的横滨炼油厂建立一套70瓦装置来进行有效提取氢气的尝试。公司计划在四年内将研究商品化。[6]4、结束语目前,氢能做为二次能源,其用途主要有以下几个方面:液氢作一种高能燃料用于航天飞机、火箭及城市公共汽车中,据报道,世界上一些发达国家在1993年就已经开发出以液氢为燃料的城市公共汽车;氢气作为保护气应用于电子工业中,如在集成电路、电子管、显象管等的制备过程中,都是用氢作为保护气的;在炼油工业中用氢气对石脑油、燃料油、粗柴油、重油等进行加氢精制,提高产品的质量及除去产品中的有害物质如硫、氮及重金属,还可以对不饱和烃进行加氢精制;氢气在冶金工业中可以作为还原剂将金属氧化物还原为金属,在金属高温加工过程中可以作为保护气;在食品工业中,食用的色拉油就是对植物油进行加氢处理的产物,植物油加氢处理后性能稳定、易存放,且有抵抗细菌生长、易被人体吸收的功效;在精细有机合成工业中,氢气也是重要的合成原料之一;在合成氨工业中氢气是重要的原料之一;氢气还可以作为填充气在气象观测中应用;在分析测试中氢气可以做为标准气,在气相色谱中氢气可以作为载气。值得着重说明的是,近十几年发展起来的氢燃料电池可直接应用于航天航海和陆地交通运输,氢能作为未来最有前途的新能源地位已初见端倪。开发生物制氢技术关键在于如何选育到产氢性能优异、适合工程化处理的细菌,实现生物制氢技术的工业化。[7]参考文献：[1]高平.现工业中氢能源的研究与应用[J].科技致富向导,2012（35）[2]张西子.氢能源及其利用[J].科技致富向导,2012（23