作文：未來的能源

【專家解說】：未來的能源——氫能 氫能被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉矗祟悓淠軕?yīng)用自200年前就產(chǎn)生了興趣，到20世紀(jì)70年代以來，世界上許多國家和地區(qū)就廣泛開展了氫能研究。 氫能利用方面很多，有的已經(jīng)實現(xiàn)，有的人們正在努力追求。為了達(dá)到清潔新能源的目標(biāo)，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(shù)。其實煉丹術(shù)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(dāng)時的科學(xué)技術(shù)水平所限，真是登天無梯。到后來，1869年俄國著名學(xué)者門捷列夫整理出化學(xué)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(guān)系，為眾多的元素打下了基礎(chǔ)，人們則氫的研究和利用也就更科學(xué)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(jīng)過了十年的運行，航程16萬多公里，使1.3萬人領(lǐng)受了上天的滋味，這是氫氣的奇跡。 然而，更先進(jìn)的是本世紀(jì)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(xué)的21世紀(jì)，先進(jìn)的高速遠(yuǎn)程氫能飛機和宇航飛船，商業(yè)運營的日子已為時不遠(yuǎn)。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(jīng)過日本、美國、德國等許多汽世公司的試驗，技術(shù)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(chǎn)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?，點火能量低（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(dāng)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(chǎn)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(yīng)后，再推廣全燃?xì)淦?。德國奔馳汽車公司已陸續(xù)推出各種燃?xì)淦?，其中有面包車、公共汽車、郵政車和小轎車。以燃?xì)涿姘嚍槔?，使?00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。在中國許當(dāng)城市交通擁擠，汽車發(fā)動機多處于部分負(fù)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(chǎn)）未能回收利用，若作為摻氫燃料，其經(jīng)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(wǎng)，由電網(wǎng)輸送給用戶。但是各種用電戶的負(fù)荷不同，電網(wǎng)有時是高峰，有時是低谷。為了調(diào)節(jié)峰荷、電網(wǎng)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(nèi)燃發(fā)動機配以發(fā)電機，它不需要復(fù)雜的蒸汽鍋爐系統(tǒng)，因此結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，啟動迅速，要開即開，欲停即停。在電網(wǎng)低負(fù)荷的，還可吸收多余的電來進(jìn)行電解水，生產(chǎn)氫和氧，以備高峰時發(fā)電用。這種調(diào)節(jié)作用對于用網(wǎng)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(jìn)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(jīng)過電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的裝置。換言之，也是水電解槽產(chǎn)生氫和氧的逆反應(yīng)。70年代以來，日美等國加緊研究各種燃料電池，現(xiàn)已進(jìn)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(guān)注。 燃料電池的簡單原最巧是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，不需要進(jìn)行燃燒，能源轉(zhuǎn)換效率可達(dá)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?，F(xiàn)在已大幅度降價，逐步轉(zhuǎn)向地面應(yīng)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11000千瓦的商用電站。這種燃料電池的操作溫度為200℃，最大電流密度可達(dá)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(zhì)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(rèn)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(jìn)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(dá)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(dá)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(dá)100公里，這是一種可逆式質(zhì)子交換膜燃料電池，發(fā)電效率最高達(dá)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(yīng)。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(shù)的發(fā)展和化石能源的缺少，氫能利用遲早將進(jìn)入家庭，首先是發(fā)達(dá)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(diào)機等等，并且在車庫內(nèi)與汽車充氫設(shè)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(wù) 氫能在工業(yè)領(lǐng)域(如切割，焊接),巳有非常長的歷史。特別是在首飾加工行業(yè)，有機玻璃制品火焰拋光，連鑄坯切割，制藥廠水針劑拉絲封口等領(lǐng)域的應(yīng)用非常普及。