氫能源怎么形成

【專家解說】：氫能源的開發(fā)與利用 當今世界開發(fā)新能源迫在眉睫，原因是目前所用的能源如石油、天然氣、煤，均屬不可再生資源，地球上存量有限，而人類生存又時刻離不開能源，所以必須尋找新的能源。 氫能是一種二次能源，它是通過一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油和天然氣等可以直接從地下開采、幾乎完全依靠化石燃料。隨著石化燃料耗量的日益增加，其儲量日益減少，終有一天這些資源將要枯竭，這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料的儲量豐富的新的含能體能源。氫正是這樣一種在常規(guī)能源危機的出現(xiàn)和開發(fā)新的二次能源的同時，人們期待的新的二次能源。 氫位于元素周期表之首，原子序數(shù)為1，常溫常壓下為氣態(tài)，超低溫高壓下為液態(tài)。作為一種理想的新的合能體能源，它具有以下特點： l、重量最輕的元素。標準狀態(tài)下，密度為 0.8999g/l，－252.7℃時，可成為液體，若將壓力增大到數(shù)百個大氣壓，液氫可變?yōu)榻饘贇洹? 2、導熱性最好的氣體，比大多數(shù)氣體的導熱系數(shù)高出10倍。 3、自然界存在最普遍的元素。據(jù)估計它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的 75％，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態(tài)貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。據(jù)推算，如把海水中的氫全部提取出來，它所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍。 4、除核燃料外氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142,351kJ/kg，是汽油發(fā)熱值的3倍。 5、燃燒性能好，點燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍，而且燃點高，燃燒速度快。 6、無毒，與其他燃料相比氫燃燒時最清潔滁生成水和少量氮化氫外不會產(chǎn)生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等對環(huán)境有害的污染物質(zhì)，少量的氮化氫經(jīng)過適當處理也不會污染環(huán)境，且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，反復循環(huán)使用。產(chǎn)物水無腐蝕性，對設(shè)備無損。 7、利用形式多。既可以通過燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動機中產(chǎn)生機械功，又可以作為能源材料用于燃料電池，或轉(zhuǎn)換成固態(tài)氫用作結(jié)構(gòu)材料。 8、可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的金屬氫化物出現(xiàn)，能適應(yīng)貯運及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求。 9、可以取消遠距離高壓輸電，代以遠近距離管道輸氫，安全性相對提高，能源無效損耗減小。 10、氫取消了內(nèi)燃機噪聲源和能源污染隱患，利用率高。 11、氫可以減輕燃料自重，可以增加運載工具有效載荷，這樣可以降低運輸成本從全程效益考慮社會總效益優(yōu)于其他能源。 時至今日，氫能的利用已有長足進步。自從1965年美國開始研制液氫發(fā)動機以來，相繼研制成功了各種類型的噴氣式和火箭式發(fā)動機。美國的航天飛機已成功使用液氫做燃料。我國長征2號、3號也使用液氫做燃料。利用液氫代替柴油，用于鐵路機車或一般汽車的研制也十分活躍。氫汽車靠氫燃料、氫燃料電池運行也是溝通電力系統(tǒng)和氫能體系的重要手段。 目前，世界各國正在研究如何能大量而廉價的生產(chǎn)氫。利用太陽能來分解水是一個主要研究方向，在光的作用下將水分解成氫氣和氧氣，關(guān)鍵在于找到一種合適的催化劑。如今世界上有50多個實驗室在進行研究，至今尚未有重大突破，但它蘊育著廣闊的前景。 發(fā)展氫能源，將為建立一個美好、無污染的新世界邁出重要一步。 在眾多的新能源中，氫能將會成為21世紀最理想的能源。這是因為，在燃燒相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產(chǎn)生的能量最多，而且它燃燒的產(chǎn)物是水，沒有灰渣和廢氣，不會污染環(huán)境；而煤和石油燃燒生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分別產(chǎn)生溫室效應(yīng)和酸雨。煤和石油的儲量是有限的，而氫主要存于水中，燃燒后唯一的產(chǎn)物也是水，可源源不斷地產(chǎn)生氫氣，永遠不會用完。 氫是一種無色的氣體。燃燒一克氫能釋放出142千焦爾的熱量，是汽油發(fā)熱量的3倍。氫的重量特別輕，它比汽油、天然氣、煤油都輕多了，因而攜帶、運送方便，是航天、航空等高速飛行交通工具最合適的燃料。氫在氧氣里能夠燃燒，氫氣火焰的溫度可高達2500℃，因而人們常用氫氣切割或者焊接鋼鐵材料。 在大自然中，氫的分布很廣泛。水就是氫的大“倉庫”，其中含有11％的氫。泥土里約有1.5％的氫；石油、煤炭、天然氣、動植物體內(nèi)等都含有氫。氫的主體是以化合物水的形式存在的，而地球表面約70％為水所覆蓋，儲水量很大，因此可以說，氫是“取之不盡、用之不竭”的能源。如果能用合適的方法從水中制取氫，那么氫也將是一種價格相當便宜的能源。 氫的用途很廣，適用性強。它不僅能用作燃料，而且金屬氫化物具有化學能、熱能和機械能相互轉(zhuǎn)換的功能。例如，儲氫金屬具有吸氫放熱和吸熱放氫的本領(lǐng)，可將熱量儲存起來，作為房間內(nèi)取暖和空調(diào)使用。 氫作為氣體燃料，首先被應(yīng)用在汽車上。1976年5月，美國研制出一種以氫作燃料的汽車；后來，日本也研制成功一種以液態(tài)氫為燃料的汽車；70年代末期，前聯(lián)邦德國的奔馳汽車公司已對氫氣進行了試驗，他們僅用了五千克氫，就使汽車行駛了110公里。 用氫作為汽車燃料，不僅干凈，在低溫下容易發(fā)動，而且對發(fā)動機的腐蝕作用小，可延長發(fā)動機的使用壽命。由于氫氣與空氣能夠均勻混合，完全可省去一般汽車上所用的汽化器，從而可簡化現(xiàn)有汽車的構(gòu)造。更令人感興趣的是，只要在汽油中加入4％的氫氣。用它作為汽車發(fā)動機燃料，就可節(jié)油40％，而且無需對汽油發(fā)動機作多大的改進。