介紹新能源

【專家解說】：氫能在二十一世紀有可能在世界能源舞臺上成為一種舉足輕重的二次能源。它是一種極為優(yōu)越的新能源，其主要優(yōu)點有:燃燒熱值高，每千克氫燃燒后的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃燒的產物是水，是世界上最干凈的能源。資源豐富，氫氣可以由水制取，而水是地球上最為豐富的資源，演義了自然物質循環(huán)利用、持續(xù)發(fā)展的經典過程。 前景 [編輯本段] 氫是宇宙中分布最廣泛的物質，它構成了宇宙質量的75%，因此氫能被稱為人類的終極能源。水是氫的大“倉庫”，如把海水中的氫全部提取出來，將是地球上所有化石燃料熱量的9000 倍。氫的燃燒效率非常高，只要在汽油中加入4% 的氫氣，就可使內燃機節(jié)油40%。目前，氫能技術在美國、日本、歐盟等國家和地區(qū)已進入系統(tǒng)實施階段。美國政府已明確提出氫計劃，宣布今后4年政府將撥款17億美元支持氫能開發(fā)。美國計劃到2040年美國每天將減少使用1100萬桶石油，這個數(shù)字正是現(xiàn)在美國每天的石油進口量。 ---------------------------------- 氫能 【hydrogen energy】 通過氫氣和氧氣反應所產生的能量。氫能是氫的化學能，氫在地球上主要以化合態(tài)的形式出現(xiàn)，是宇宙中分布最廣泛的物質，它構成了宇宙質量的75%。由于氫氣必須從水、化石燃料等含氫物質中制得，因此是二次能源。工業(yè)上生產氫的方式很多，常見的有水電解制氫、煤炭氣化制氫、重油及天然氣水蒸氣催化轉化制氫等。氫能具有以下主要優(yōu)點:燃燒熱值高，每千克氫燃燒后的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃燒的產物是水，是世界上最干凈的能源。資源豐富，氫氣可以由水制取，而水是地球上最為豐富的資源。目前，氫能技術在美國、日本、歐盟等國家和地區(qū)已進入系統(tǒng)實施階段。 氫能的開發(fā)與利用 [編輯本段] 氫能利用各方面 氫能利用方面很多，有的已經實現(xiàn)，有的人們正在努力追求。為了達到清潔新能源的目標，氫的利用將充滿人類生活的方方面面，我們不妨從古到今，把氫能的主要用途簡要敘述一下。 依靠氫能可上天 古代，秦始皇統(tǒng)一中國，他想長生不老，曾積極支持煉丹術。其實煉丹術士最早接觸的就是氫的金屬化合物。無奈多少帝王夢想長生不老，或幻想遨游太空，都受當時的科學技術水平所限，真是登天無梯。到后來，1869年俄國著名學者門捷列夫整理出化學元素周期表，他把氫元素放在周期表的首位，此后從氫出發(fā)，尋找與氫元素之間的關系，為眾多的元素打下了基礎，人們則氫的研究和利用也就更科學化了。至1928年，德國齊柏林公司利用氫的巨大浮力，制造了世界上第一艘“LZ-127齊柏林”號飛艇，首次把人們從德國運送到南美洲，實現(xiàn)了空中飛渡大西洋的航程。大約經過了十年的運行，航程16萬多公里，使1.3萬人領受了上天的滋味，這是氫氣的奇跡。 然而，更先進的是本世紀50年代，美國利用液氫作超音速和亞音速飛機的燃料，使B57雙引擎輟炸機改裝了氫發(fā)動機，實現(xiàn)了氫能飛機上天。特別是1957前蘇聯(lián)宇航員加加林乘坐人造地球衛(wèi)星遨游太空和1963年美國的宇宙飛船上天，緊接著1968年阿波羅號飛船實現(xiàn)了人類首次登上月球的創(chuàng)舉。這一切都依靠著氫燃料的功勞。面向科學的21世紀，先進的高速遠程氫能飛機和宇航飛船，商業(yè)運營的日子已為時不遠。過去帝王的夢想將被現(xiàn)代的人們實現(xiàn)。 利用氫能可開車 以氫氣代替汽油作汽車發(fā)動機的燃料，已經過日本、美國、德國等許多汽世公司的試驗，技術是可行的，目前主要是廉價氫的來源問題。氫是一種高效燃料，每公斤氫燃燒所產生的能量為33.6千瓦小時，幾乎等于汽車燃燒的2.8倍。氫氣燃燒不僅熱值高，而且火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤欤c火能量低(容易點著)，所以氫能汽車比汽油汽車總的燃料利用效率可高20%。當然，氫的燃燒主要生成物是水，只有極少的氮氧化物，絕對沒有汽油燃燒時產生的一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等污染環(huán)境的有害成分。氫能汽車是最清潔的理想交通工具。 氫能汽車的供氫問題，目前將以金屬氫化物為貯氫材料，釋放氫氣所需的熱可由發(fā)動機冷卻水和尾氣余熱提供?，F(xiàn)在有兩種氫能汽車，一種是全燒氫汽車，另一種為氫氣與汽油混燒的摻氫汽車。摻氫汽車的發(fā)動機只要稍加改變或不改變，即可提高燃料利用率和減輕尾氣污染。使用摻氫5%左右的汽車，平均熱效率可提高15%，節(jié)約汽油30%左右。因此，近期多使用摻氫汽車，待氫氣可以大量供應后，再推廣全燃氫汽車。德國奔馳汽車公司已陸續(xù)推出各種燃氫汽車，其中有面包車、公共汽車、郵政車和小轎車。以燃氫面包車為例，使用200公斤鈦鐵合金氫化物為燃料箱，代替65升汽油箱，可連續(xù)行車130多公里。德國奔馳公司制造的摻氫汽車，可在高速公路上行駛，車上使用的儲氫箱也是鈦鐵合金氫化物。 摻氫汽車的特點是汽油和氫氣的混合燃料可以在稀薄的貧油區(qū)工作，能改善整個發(fā)動機的燃燒狀況。在我國許當城市交通擁擠，汽車發(fā)動機多處于部分負荷下運行、采用摻氫汽車尤為有利。特別是有些工業(yè)余氫(如合成氨生產)未能回收利用，若作為摻氫燃料，其經濟效益和環(huán)境效益都是可取的。 燃燒氫氣能發(fā)電 大型電站，無論是水電、火電或核電，都是把發(fā)出的電送往電網，由電網輸送給用戶。但是各種用電戶的負荷不同，電網有時是高峰，有時是低谷。為了調節(jié)峰荷、電網中常需要啟動快和比較靈活的發(fā)電站，氫能發(fā)電就最適合搶演這個角色。利用氫氣和氧氣燃燒，組成氫氧發(fā)電機組。這種機組是火箭型內燃發(fā)動機配以發(fā)電機，它不需要復雜的蒸汽鍋爐系統(tǒng)，因此結構簡單，維修方便，啟動迅速，要開即開，欲停即停。在電網低負荷的，還可吸收多余的電來進行電解水，生產氫和氧，以備高峰時發(fā)電用。這種調節(jié)作用對于用網運行是有利的。另外，氫和氧還可直接改變常規(guī)火力發(fā)電機組的運行狀況，提高電站的發(fā)電能力。例如氫氧燃燒組成磁流體發(fā)電，利用液氫冷卻發(fā)電裝置，進而提高機組功率等。 更新的氫能發(fā)電方式是氫燃料電池。這是利用氫和氧(成空氣)直接經過電化學反應而產生電能的裝置。換言之，也是水電解槽產生氫和氧的逆反應。70年代以來，日美等國加緊研究各種燃料電池，現(xiàn)已進入商業(yè)性開發(fā)，日本已建立萬千瓦級燃料電池發(fā)電站，美國有30多家廠商在開發(fā)燃料電池.德、英、法、荷、丹、意和奧地利等國也有20多家公司投入了燃料電池的研究，這種新型的發(fā)電方式已引起世界的關注。 燃料電池的簡單原最巧是將燃料的化學能直接轉換為電能，不需要進行燃燒，能源轉換效率可達60%-80%，而且污染少，噪聲小，裝置可大可小，非常靈活。最早，這種發(fā)電裝置很小，造價很高，主要用于宇航作電源。現(xiàn)在已大幅度降價，逐步轉向地面應用。目前，燃料電池的種類很多，主要有以下幾種: 磷酸鹽型燃料電池 磷酸鹽型燃料電池是最早的一類燃料電池，工藝流程基本成熟，美國和日本已分別建成4500千瓦及11 000千瓦的商用電站。這種燃料電池的操作溫度為200℃，最大電流密度可達到150毫安/平方厘米，發(fā)電效率約45%，燃料以氫、甲醇等為宜，氧化劑用空氣，但催化劑為鉑系列，目前發(fā)電成本尚高，每千瓦小時約40~50美分。 融熔碳酸鹽型燃料電池 融熔碳酸鹽型燃料電池一般稱為第二代燃料電池，其運行溫度650℃左右，發(fā)電效率約55%，日本三菱公司已建成10千瓦級的發(fā)電裝置。這種燃料電池的電解質是液態(tài)的，由于工作溫度高，可以承受一氧化碳的存在，燃料可用氫、一氧化碳、天然氣等均可。氧化劑用空氣。發(fā)電成本每千瓦小時可低于40美分。 固體氧化物型燃料電池 固體氧化物型燃料電池被認為是第三代燃料電池，其操作溫度1000℃左右，發(fā)電效率可超過60%，目前不少國家在研究，它適于建造大型發(fā)電站，美國西屋公司正在進行開發(fā)，可望發(fā)電成本每千瓦小時低于20美分。 此外，還有幾種類型的燃料電池，如堿性燃料電池，運行溫度約200℃，發(fā)電效率也可高達60%，且不用貴金屬作催化劑，瑞典已開發(fā)200千瓦的一個裝置用于潛艇。美國最早用于阿波羅飛船的一種小型燃料電池稱為美國型，實為離子交換膜燃料電池，它的發(fā)電效率高達75%，運行溫度低于100℃，但是必需以純氧作氧化劑。后來，美國又研制一種用于氫能汽車的燃料電池，充一次氫可行300公里，時速可達100公里，這是一種可逆式質子交換膜燃料電池，發(fā)電效率最高達80%。 燃料電池理想的燃料是氫氣，因為它是電解制氫的逆反應。燃料電池的主要用途除建立固定電站外，特別適合作移動電源和車船的動力，因此也是今后氫能利用的孿生兄弟。 家庭用氫真方便 隨著制氫技術的發(fā)展和化石能源的缺少，氫能利用遲早將進入家庭，首先是發(fā)達的大城市，它可以像輸送城市煤氣一樣，通過氫氣管道送往千家萬戶。每個用戶則采用金屬氫化物貯罐將氫氣貯存，然后分別接通廚房灶具、浴室、氫氣冰箱、空調機等等，并且在車庫內與汽車充氫設備連接。人們的生活靠一條氫能管道，可以代替煤氣、暖氣甚至電力管線，連汽車的加油站也省掉了。這樣清潔方便的氫能系統(tǒng)，將給人們創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境，減輕許多繁雜事務 作為新能源，其安全性受到人們的普遍關注。從技術方面講，氫的使用是絕對安全的。氫在空氣中的擴散性很強，氫泄漏或燃燒時，可以很快地垂直升到空氣中并消失得無影無蹤，氫本身沒有毒性及放射性，不會對人體產生傷害，也不會產生溫室效應?？茖W家已經做過大量的氫能安全試驗，證明氫是安全的燃料。如在汽車著火試驗中，分別將裝有氫氣和天然汽油燃料罐點燃，結果氫氣作為燃料的汽車著火后，氫氣劇烈燃燒，但火焰總是向上得，對汽車的損壞比較緩慢，車內人員有較長得時間逃生，而天然燃料的汽車著火后，由于天然氣比空氣重，火焰向汽車四周蔓延，很快包圍了汽車，傷及車內人員的安全。