氫能源開發(fā)與利用發(fā)展現(xiàn)狀探索

李羿

【摘 要】隨著環(huán)境污染的不斷加重，不可再生能源也面臨枯竭，開發(fā)新能源就成為世界各國發(fā)展所面臨的首要問題。氫能源作為一種可再生的環(huán)保型能源，得到了世界范圍內(nèi)各個能源開發(fā)部門的重視，并展開了各種各樣的研究，致力于將氫能源逐漸代替石油等不可再生能源在社會發(fā)展中的地位。基于此，本文探討了氫能源開發(fā)和利用現(xiàn)狀，并簡要介紹了氫能源的優(yōu)點及儲存于運輸。

【關(guān)鍵詞】氫能源；發(fā)展；利用

氫能源在應(yīng)用之初主要是應(yīng)用在氫氧燃料電池中，我們現(xiàn)在要做的是要將氫能源廣發(fā)的應(yīng)用到人們的日常生活中去，不斷增加氫能源的產(chǎn)量，到最后甚至于完全的代替不可再生能源在人們生活中的地位。氫能源相對石油等能源來講，獲取方法更多，而且在燃燒后產(chǎn)物主要是水，是目前最純凈的燃料，因此在未來氫能源必將成為最主要的能源之一。

一、氫能源的應(yīng)用領(lǐng)域

（一）傳統(tǒng)石油化工的原材料

就目前數(shù)據(jù)來看，我國的氫氣產(chǎn)量約在2000萬噸左右，在生產(chǎn)的這些氫氣中，大約會有50%用于石油和煤化工領(lǐng)域的生產(chǎn)，45%用于氨的合成，在這些生產(chǎn)過程氫氣都作為原材料直接參與反應(yīng)。

（二）氫能源可實現(xiàn)再生能源補充發(fā)電

近年來，我國的氫能源開發(fā)已經(jīng)有了較好的發(fā)展，已經(jīng)開始發(fā)展利用風(fēng)能發(fā)電、太陽能發(fā)電等可再生能源來進行點解制氫，搭建天然氣輸送管道，用于輸送生產(chǎn)的氫氣或者氫氣制甲烷，這種模式我們叫做電轉(zhuǎn)氣模式。在我國的個別主要大型城市中，已經(jīng)具備了發(fā)展電轉(zhuǎn)氣的最基礎(chǔ)設(shè)施，期待電轉(zhuǎn)氣模式可以在未來得到好的發(fā)展。

（三）以氫氧電池為核心建立分布式能源網(wǎng)絡(luò)

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，氫燃料電池具有很高的能源轉(zhuǎn)化率，建立以氫燃料電池為核心的分布式能源網(wǎng)絡(luò)可以很高的提高資源利用率，在這點上是遠遠超過了傳統(tǒng)的能源網(wǎng)絡(luò)。以氫燃料電視為核心建立能源網(wǎng)絡(luò)，能夠更好的做到區(qū)域或城市電力、熱能、冷能等的聯(lián)合供應(yīng)。

（四）氫燃料電池汽車

近年來，我國的氫燃料電池的研究已經(jīng)取得了初步效果，再加上氫本身存在的各種優(yōu)勢，很有可能在未來代替燃油汽車在市場中的地位。我國的各個大型汽車廠商不在不斷加快氫燃料汽車的研究，為未來氫燃料汽車的推廣打下堅實基礎(chǔ)。

二、氫能源的優(yōu)點

（一）氫的廣泛性

眾所周知，地球有70%以上的陸地都被水所覆蓋，可見地球水儲量之大，而另外不到30%的陸地也不完全是陸地。如果水中氫氣的提取技術(shù)能過得到好的發(fā)展，氫大的價值會遠遠超過化石燃料。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，宇宙中物質(zhì)的75%都是由氫元素組成。

（二）熱值高

氫燃料是已知燃料中熱值僅僅低于核燃料的的燃料。一般情況下是，相對于傳統(tǒng)的化學(xué)染料、乙醇燃料、煤炭等，其熱值要高出3-4.5倍。

（三）儲存方便

在特定的氣壓條件下，氫氣可以以氣態(tài)或者液態(tài)的形式存在，甚至可以是固態(tài)的金屬氫化物，這使得氫可以根據(jù)我們的實際需要隨意改變氫的儲存形態(tài)，便于儲存和運輸。

（四）氫氣無毒

氫氣燃燒后的產(chǎn)物主要是水，以及少量的一氧化碳、二氧化碳及極少的粉塵顆粒只需要及經(jīng)過簡單處理就不會對環(huán)境產(chǎn)生污染，是公認(rèn)的最清潔能源，所以氫氣也是沒有毒性。氫氣燃燒后產(chǎn)生的水依舊可以作為生產(chǎn)氫氣的原料，因此氫氣還是一種可循環(huán)利用的能源。

三、氫能源的儲存與輸送

（一）高壓氣態(tài)儲存

目前，高壓氣態(tài)儲存法主要是講純凈的氫氣壓縮進15MPa的高壓鋼瓶中，但是儲氫重量只有1.2%，這就在一定程度上限制了高壓儲氣罐在現(xiàn)實中的應(yīng)用，尤其是在大型的交通工具上。隨后，浙江大學(xué)對于高壓氣態(tài)儲存有了進一步的研究，以輕質(zhì)鋁為材料，建立了纖維全纏繞高壓儲氣瓶結(jié)構(gòu)，使得氫密度質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到5.78%。

（二）低溫液態(tài)儲存

氫的物理性質(zhì)，在氣溫達到-253度及以下時，氫氣就會以液態(tài)的形式存在，這樣就可以將液態(tài)氫儲存在絕熱容器中存放或者運輸，但是相對而言，這種儲存方法雖然更加安全、方便，但是儲存成本卻大大增加了。因此，我國正在努力研發(fā)在常溫常壓條件下的儲存技術(shù)，比如，中國地質(zhì)大學(xué)研究出的不飽和方向化合物催化加氫的方法，初步實現(xiàn)了常溫常壓條件下的液態(tài)運輸。

（三）金屬氫化物存儲

金屬氫化物是一種由多種元素組成的合金，當(dāng)外界有熱量時，金屬氫化物就會釋放氫氣，但是這種方式存在較多缺點，比如無法大量儲存氫氣、成本高、釋放氫氣的溫度要求較高等。目前已知的儲氫合金有稀土鑭鎳系、鐵鈦系、鎂系、釩、鈮、鋯等。其中鐵鈦系應(yīng)用最為廣泛，其成本低，儲量相對較大，而其他合金都有較為苛刻的條件，比如鎂系雖然儲量最大，但是其釋放氫氣的溫度要達到287度，這就無形中增加了存儲成本，無法使其得到廣發(fā)使用。

四、氫能源的發(fā)展現(xiàn)狀

無論是國內(nèi)還是國外，無論是環(huán)境污染，還是不可再生資源逐漸枯竭，都要求我們?nèi)ラ_發(fā)一種儲存量大，污染還少的資源，去代替不可再生資源，因此對于清潔能源和可再生能源的開發(fā)已經(jīng)成為世界各國發(fā)展的共同問題。而氫能源作為一種可再生的清潔能源，很快便得到了各國能源開發(fā)部門的重視，不斷進行氫能源的生產(chǎn)、儲存、運輸?shù)确矫娴难芯俊Ｔ谖磥恚瑲淠茉幢貙⒔o國際能源框架帶來巨大的改變。

為了降低城市污染，不斷加快氫燃料汽車的研究使其在將來成為城市主要的交通工具之一，是降低城市污染的重要手段之一，因此，無論是我國還是世界各國，都在不斷加大氫能源研究的資金投入，但是與發(fā)達國家相比我國的氫能源研究資金依舊不足。在本世紀(jì)初期，美國以17億美金的投入，建立了美國第一座氫氣站。對于我國國情，人多地廣，資源短缺，因此更加應(yīng)該加快氫能源的研究速度，不僅可以緩解資源緊張，還能降低我國運輸業(yè)產(chǎn)生的重大污染，對我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有現(xiàn)實意義。

五、總結(jié)

綜上所述，氫能源是一種清潔型可再生能源，其燃燒后的產(chǎn)物主要是水，還有少量的CO、CO2、氮氣化合物等氣體，主要經(jīng)過處理就可以降低污染甚至是無污染。因此，可以看出氫能必將是未來最理想的能源之一。為了不斷拉近和發(fā)達國家之間的差距，我國不斷研究氫能源的制氫技術(shù)、儲氫技術(shù)、儲氫裝備以及加氫裝備的研究，計劃在2020年，氫能源的研究取得重大突破，提高我國的綜合國力。

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