氫能源開發與利用發展現狀探索

李羿

【摘 要】隨著環境污染的不斷加重，不可再生能源也面臨枯竭，開發新能源就成為世界各國發展所面臨的首要問題。氫能源作為一種可再生的環保型能源，得到了世界范圍內各個能源開發部門的重視，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展中的地位。基于此，本文探討了氫能源開發和利用現狀，并簡要介紹了氫能源的優點及儲存于運輸。

【關鍵詞】氫能源；發展；利用

氫能源在應用之初主要是應用在氫氧燃料電池中，我們現在要做的是要將氫能源廣發的應用到人們的日常生活中去，不斷增加氫能源的產量，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、氫能源的應用領域

（一）傳統石油化工的原材料

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

（二）氫能源可實現再生能源補充發電

近年來，我國的氫能源開發已經有了較好的發展，已經開始發展利用風能發電、太陽能發電等可再生能源來進行點解制氫，搭建天然氣輸送管道，用于輸送生產的氫氣或者氫氣制甲烷，這種模式我們叫做電轉氣模式。在我國的個別主要大型城市中，已經具備了發展電轉氣的最基礎設施，期待電轉氣模式可以在未來得到好的發展。

（三）以氫氧電池為核心建立分布式能源網絡

據有關數據顯示，氫燃料電池具有很高的能源轉化率，建立以氫燃料電池為核心的分布式能源網絡可以很高的提高資源利用率，在這點上是遠遠超過了傳統的能源網絡。以氫燃料電視為核心建立能源網絡，能夠更好的做到區域或城市電力、熱能、冷能等的聯合供應。

（四）氫燃料電池汽車

近年來，我國的氫燃料電池的研究已經取得了初步效果，再加上氫本身存在的各種優勢，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。

二、氫能源的優點

（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能過得到好的發展，氫大的價值會遠遠超過化石燃料。據有關數據表明，宇宙中物質的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，相對于傳統的化學染料、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，氫氣可以以氣態或者液態的形式存在，甚至可以是固態的金屬氫化物，這使得氫可以根據我們的實際需要隨意改變氫的儲存形態，便于儲存和運輸。

（四）氫氣無毒

氫氣燃燒后的產物主要是水，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過簡單處理就不會對環境產生污染，是公認的最清潔能源，所以氫氣也是沒有毒性。氫氣燃燒后產生的水依舊可以作為生產氫氣的原料，因此氫氣還是一種可循環利用的能源。

三、氫能源的儲存與輸送

（一）高壓氣態儲存

目前，高壓氣態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實中的應用，尤其是在大型的交通工具上。隨后，浙江大學對于高壓氣態儲存有了進一步的研究，以輕質鋁為材料，建立了纖維全纏繞高壓儲氣瓶結構，使得氫密度質量分數達到5.78%。

（二）低溫液態儲存

氫的物理性質，在氣溫達到-253度及以下時，氫氣就會以液態的形式存在，這樣就可以將液態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，我國正在努力研發在常溫常壓條件下的儲存技術，比如，中國地質大學研究出的不飽和方向化合物催化加氫的方法，初步實現了常溫常壓條件下的液態運輸。

（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，無法使其得到廣發使用。

四、氫能源的發展現狀

無論是國內還是國外，無論是環境污染，還是不可再生資源逐漸枯竭，都要求我們去開發一種儲存量大，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已經成為世界各國發展的共同問題。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部門的重視，不斷進行氫能源的生產、儲存、運輸等方面的研究。在未來，氫能源必將給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，但是與發達國家相比我國的氫能源研究資金依舊不足。在本世紀初期，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產生的重大污染，對我國可持續發展戰略具有現實意義。

五、總結

綜上所述，氫能源是一種清潔型可再生能源，其燃燒后的產物主要是水，還有少量的CO、CO2、氮氣化合物等氣體，主要經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。為了不斷拉近和發達國家之間的差距，我國不斷研究氫能源的制氫技術、儲氫技術、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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