氢能源开发与利用发展现状浅析

氢能源开发与利用发展现状浅析

葛越

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司内蒙古 呼和浩特 010206

【摘 要】随着环境污染的不断加重，不可再生能源也面临枯竭，开发新能源就成为世界各国发展所面临的首要问题。氢能源作为一种可再生的环保型能源，得到了世界范围内各个能源开发部门的重视，并展开了各种各样的研究，致力于将氢能源逐渐代替石油等不可再生能源在社会发展中的地位。基于此，本文探讨了氢能源开发和利用现状，并简要介绍了氢能源的优点及储存于运输。

【关键词】氢能源；发展；利用

一、氢能源的应用领域

（一）传统石油化工的原材料

就目前数据来看，我国的氢气产量约在2000万吨左右，在生产的这些氢气中，大约会有50%用于石油和煤化工领域的生产，45%用于氨的合成，在这些生产过程氢气都作为原材料直接参与反应。

（二）氢能源可实现再生能源补充发电

近年来，我国的氢能源开发已经有了较好的发展，已经开始发展利用风能发电、太阳能发电等可再生能源来进行点解制氢，搭建天然气输送管道，用于输送生产的氢气或者氢气制甲烷，这种模式我们叫做电转气模式。在我国的个别主要大型城市中，已经具备了发展电转气的最基础设施，期待电转气模式可以在未来得到好的发展。

（三）以氢氧电池为核心建立分布式能源网络

据有关数据显示，氢燃料电池具有很高的能源转化率，建立以氢燃料电池为核心的分布式能源网络可以很高的提高资源利用率，在这点上是远远超过了传统的能源网络。以氢燃料电视为核心建立能源网络，能够更好的做到区域或城市电力、热能、冷能等的联合供应。

（四）氢燃料电池汽车

近年来，我国的氢燃料电池的研究已经取得了初步效果，再加上氢本身存在的各种优势，很有可能在未来代替燃油汽车在市场中的地位。我国的各个大型汽车厂商不在不断加快氢燃料汽车的研究，为未来氢燃料汽车的推广打下坚实基础。

二、氢能源的优点

（一）氢的广泛性

众所周知，地球有70%以上的陆地都被水所覆盖，可见地球水储量之大，而另外不到30%的陸地也不完全是陆地。如果水中氢气的提取技术能过得到好的发展，氢大的价值会远远超过化石燃料。据有关数据表明，宇宙中物质的75%都是由氢元素组成。

（二）热值高

氢燃料是已知燃料中热值仅仅低于核燃料的的燃料。一般情况下是，相对于传统的化学染料、乙醇燃料、煤炭等，其热值要高出3-4.5倍。

（三）储存方便

在特定的气压条件下，氢气可以以气态或者液态的形式存在，甚至可以是固态的金属氢化物，这使得氢可以根据我们的实际需要随意改变氢的储存形态，便于储存和运输。

（四）氢气无毒

氢气燃烧后的产物主要是水，以及少量的一氧化碳、二氧化碳及极少的粉尘颗粒只需要及经过简单处理就不会对环境产生污染，是公认的最清洁能源，所以氢气也是没有毒性。氢气燃烧后产生的水依旧可以作为生产氢气的原料，因此氢气还是一种可循环利用的能源。

三、氢的储存与输运

        氢能的储存与输运是氢能应用的前提。但氢气无论以气态还是液态形式存在，密度都非常低，气态时为0.08988g?L-1(约为空气的7%)，液态(-253℃)时为70.8g?L-1(约为水的7%)。总体说来，氢气储存可分为物理法和化学法两大类。物理储存方法主要包括液氢储存、高压氢气储存、活性炭吸附储存、碳纤维和碳纳米管储存、玻璃微球储存、地下岩洞储存等。化学储存方法有金属氢化物储存、有机液态氢化物储存、无机物储存、铁磁性材料储存等。氢气的输运与氢气储存技术的发展息息相关，目前氢气的运输方式主要包括压缩氢气和液氢两种，金属氢化物储氢、配位氢化物储氢等技术尚有待成熟。

        1、金属氢化物储氢。把氢以金属氢化物的形式储存在合金中，是近30年来新发展的技术。原则上说，这类合金大都属于金属间化合物，制备方法一直沿用制造普通合金的技术。这类技术有一种特性，当把它们在一定温度和压力下曝置在氢气氛中时，就可以吸收大量的氢气，生成金属氢化物。生成的金属氢化物加热后释放出氢气，利用这一特性就可以有效地储氢。金属氢化物储氢比液氢和高压氢安全，并且有很高的储存容量。但由于成本问题，金属氢化物储氢仅适用于少量气体储存。

        2、氢的输运。运输液态氢气最大的优点是能量密度高(1辆拖车运载的液氢相当于20辆拖车运输的压缩氢气)，适合于远距离运输(在不适合铺设管道的情况下)。若氢气产量达到450kgh-1、储存时间为1天、运输距离超过160km，则采用液氢的方式运输成本最低，金属氢化物运输方式也很有竞争力。但运输距离若达到1,600km，液氢运输的成本可比金属氢化物低4倍，比压缩氢气低7倍。

四、氢能的特点与用途

        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c.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。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。

5、氢能技术发展趋势

        目前，氢能利用的技术开发已在世界主要发达国家和发展中国家中启动，并取得不同程度的成果。今后，氢能的开发利用技术主要从三方面开展，氢能的规模制备、储运及相关燃料电池的研究。氢的规模制备是氢能应用的基础，氢的规模储运是氢能应用的关键，氢燃料电池汽车是氢能应用的主要途径和最佳表现形式，三方面只有有机结合才能使氢能迅速走向实用化。而其中储氢研究的重大突破是整个研究体系的关键。

参考文献：

        [1]曹湘红.氢能开发与利用中的关键问题[J].石油炼制与化工，2017，（9）

        [2]蔡立柱.王靖雯.李涵.浅谈氢能源技术又是及发展[J].中国新技术新产品，2015，（2）

        [3]杨洁.氢能源开发与利用发展现状浅析[J].深冷技术，2017，（6）