汽車新能源之電解水制氫氧的初探

任心怡

【摘要】隨著環保成為熱門話題，我們生活中處處講環保，汽車作為城市的一大“污染源”，對其能源的環保自然備受矚目。隨著近年全球汽車業的發展，汽車能源有了統一的看法，如推廣天然氣、乙醇等清潔能源，彩油電混合動力，而最受人們看重的自然是——氫動力。氫在地球上蘊藏量豐富，而且可以通過陽光、水能、風力、植物進行提取，其作為汽車的新能源，排放污染幾乎為零。因此氫動力將替代汽油成為未來汽車的主要能源。

【關鍵詞】新能源；氫氣；環保

合物（HC）、氮氧化物（NOx）等等，自然PM2.5的來源也與汽車尾氣密不可分。在中學化學中有一節實驗課，是采用電電解水后產生氧氣與氫氣，并由學生收集觀察氫氣燃燒后的產物——CHO2，由此讓大家明白水是由氫氣燃燒后的產物，進而讓我們加深對水分子的認識。我通過觀察，其是氫氣是水是在電磁的作用下產生分解后的產物。那么是不是還有其他很多方式產生氫氣呢？

據了解，以氫氣為動力的汽車具有燃料干凈衛生，不污染環境，且發熱量高損失少的特點，總之氫氣能源具有其他諸多燃料無可比擬的優點，氫動力汽車是一種真正環保的交通工具。由此，以氫氣為動力的汽車無疑是傳統汽車最理想的替代品。其實氫氣早已運用在我們的日常生活中，如節能的霓虹燈就是一種特殊低氣壓冷極輝光放電發光的電光源，霓虹燈內含有氖、氦、氫等氣體，霓虹燈的發光顏色與管內的氣體以及燈管的顏色有關。如果在無色透明的管內，裝氖氣，就會發出紅色的光；注入氫氣，就會發出淺藍色的光；注入氦氣會發出粉紅色的光。

隨著經濟科技的進步，在此背景下低碳經濟也成為一個重要的新興點。現今開發新能源迫已在眉睫，隨著石化燃料耗量的日益增加，其儲量日益減少，終有一天此類資源將要枯竭。氫正是這樣一種在常規能源危機的出現和開發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，原子序數為1，常溫常壓下為氣態，超低溫高壓下為液態。作為一種理想的新的合能體能源，它具有以下特點。

重量最輕的元素：標準狀態下，密度為 0.8999g/l，-252.7℃時，可成為液體，若將壓力增大到數百個大氣壓，液氫可變為金屬氫；導熱性最好的氣體：比大多數氣體的導熱系數高出10倍；普遍元素：據估計它構成了宇宙質量的 75%，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質；理想的發熱值：除核燃料外氫的發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，是汽油發熱值的3倍；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；無毒：與其他燃料相比氫燃燒時最清潔；利用率高：氫取消了內燃機噪聲源和能源污染隱患，利用率高；運輸方便：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于其他能源；減少溫室效應：氫取代化石燃料能最大限度地減弱溫室效應。

目前，世界各國正在為生產廉價的氫而努力。如利用太陽能來分解水就是一個重要的研究方向，利用光將水分解為氫氣和氧氣。發展氫能源，將為建立一個美好、無污染的新世界邁出關鍵一步。據了解，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換的功能。例如，儲氫金屬具有吸氫放熱和吸熱放氫的本領，可將熱量儲存起來，作為房間內取暖和空調使用。氫氣在一定壓力和溫度下很容易變成液體，因而將它用鐵罐車、公路拖車或者輪船運輸都很方便。液態的氫既可用作汽車、飛機的燃料，也可用作火箭、導彈的燃料。現在世界上氫的年產量約為3600萬噸，其中絕大部分是從石油、煤炭和天然氣中制取的，這就得消耗本來就很緊缺的礦物燃料；另有4%的氫是用電解水的方法制取的，但消耗的電能太多，很不劃算，因此，人們正在積極探索研究制氫新方法。隨著太陽能研究和利用的發展，人們已開始利用陽光分解水來制取氫氣。在水中放入催化劑，在陽光照射下，催化劑便能激發光化學反應，把水分解成氫和氧。

在上世紀70年代初，人們用半導體材料鈦酸鍶作光電極，金屬鉑作暗電極，將它們連在一起，然后放入水里，通過陽光的照射，就在鉑電極上釋放出氫氣，而在鈦酸鍶電極上釋放出氧氣，這就是我們通常所說的光電解水制取氫氣法。科學家們還發現，一些微生物也能在陽光作用下制取氫。人們利用在光合作用下可以釋放氫的微生物，通過氫化酶誘發電子，把水里的氫離子結合起來，生成氫氣。前蘇聯的科學家們已在湖沼里發現了這樣的微生物，他們把這種微生物放在適合它生存的特殊器皿里，然后將微生物產生出來的氫氣收集在氫氣瓶里。這種微生物含有大量的蛋白質，除了能放出氫氣外，還可以用于制藥和生產維生素，以及用它作牧畜和家禽的飼料。現在，人們正在設法培養能高效產氫的這類微生物，以適應開發利用新能源的需要。事后，我便又仔細地查找了相關的資料，知道酒精的化學名稱叫乙醇，是一種碳氫化合物。1000克酒精完全燃燒時，可以釋放出7100千焦的熱量。如果用作動力來驅動交能工具，1升酒精可以供汽車在馬路上行駛16千米。用乙醇作燃料，不但可以改善能源結構，減少對石油的依賴，還可以減少汽車有害物質的排放，改善環境，而且酒精是用不完的，它是由含淀粉和糖分高的植物，如甘蔗、甜菜、玉米、木薯、地瓜和土豆等生產出來的，不像石油總有一天會用完。科學是很奇妙的，具有強大的創造力。

而作為當代中學生，我們更應該轉變自己的觀念和價值觀，學習創新技術展自己的開創精神，樹立起可持續發展、低碳經濟和環保的意識。只有通過我們的努力學習和掌握新能源的開發和利用，加強對自身素質的要求，才能夠正確和的把自己所學的知識運用到實踐中去，并在實踐中檢驗自己的所學。如此我們方能為祖國貢獻出自己的一份力量，在新能源的尋找與開發中發現一片新的天地，滿足我國所需的能源，加快現代化建設，為盡早實現共產主義提供強有力的動力。我想只要你相信科學，努力探索，你將成為世界的主宰。

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