氢能

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《工程师手册》第1088页（1538字）

氢是一种可燃气体，发热值高，燃烧后生成水，不污染环境，是一种比较理想的清洁的二次能源。但现在氢还不能作为一般能源合作，主要是制氢的成本比较高。目前氢主要在石油精炼、合成氨、合成甲醇等行业作为原料来使用，即使作为人工燃料，也只限于航天或国防领域。石油危机之后，人们面对石油和天然气逐渐枯竭的事实，提出了许多对策。在下个世纪，核能和太阳能将作为主要能源，但仍需要解决汽油或城市煤气之类的燃料。因此，各国对氢能都很重视，在氢的生产、贮存、运输、使用等方面都做了很多工作。

目前制氢的方法很多。水煤气法是利用水蒸汽通过炽热的焦煤而得到一氧化碳和氢的混合气，即水煤气，然后通过水洗和冷却的方法把氢分离出来，或者是让水煤气与水蒸汽混合，以氧化铁为催化剂，产生氢气。利用甲烷和水蒸气在800℃的温度下反应也能够制取氢。

电解水制氢是大家所熟知的，但一般的电解制氢能耗高(4～6度电／米³氢)，电解效率较低(55～60%)。电解时采用高温加压的方法，可提高制氢的效率。日本在阳光计划中采用20个大气压和120℃的电解装置，电解效率达75%。美国和西德也开发了一些在效率上和生产率上都比较高的电解装置。日本最近还采用SPE电解质的水电解法，电解效率达87%，正在积极进行试验。目前电解水制氢的成本比较高，比天然气制氢要贵2～3倍。但随着电解制氢技术的发展，氢的价格有可能不断降低。

光分解法是借助阳光来制氢。水分子吸收太阳的光子，当吸收的能量达到一定数量时，氢就可以释放出来。太阳光中的紫外线区域的光子具有使水直接实现光分解的能量，但到达地面时紫外线已很少，需要加入催化剂才能进行光分解。现在已发现了几种催化剂，效率还很低，但科学家认为这种方法潜在的效率是很高的。

水的热化学分解制氢是通过外加高温使水达到化学分解，是一种正在开发中的制氢方法。这方法的特点是利用核电站的热量，总的效率比较高。本来，水的直接热分解要在2500℃的高温条件下才能进行。但为了利用核电站的热量，开发了热化学分解，其反应温度在1000℃以下，在水中加入某些化学物质，使之发生反应，分解出氢气。人们在研究开发过程中曾提出过上百个方案，其中以加入钙的溴化物和加入碘的氧化硫的方案比较好。当然，反应过程是相当复杂的，许多国家都投入力量进行研究，其中日本进展较快。1986年，日本成功地开发出世界上第一套连续制氢装置，投资少，热效率约为30%，从总成本看是有足够竞争力的。

氢的制取方法还有很多种，都处在不断探索中。氢气是否能够广泛应用，在很大程度上取决于制氢方法的进展。现在，氢的贮存和运输方法已有了很大进步。到21世纪初，利用太阳能的水直接热分解法制氢将成为现实，人类将拥有丰富的氢能，氢将用于发电、工业燃料和还原气体、合成化工产品的原料、家庭燃料和交通运输。需要指出的是，氢能尖峰负荷发电装置具有很多优点。氢和氧在火箭燃烧室燃烧，并同时向燃烧室喷些水，火箭燃烧室就成了蒸汽发生器，其效率比传统锅炉的效率高许多，而尺寸却小得多。产生的蒸汽送往汽轮机作功发电。这种装置结构简单，造价低，起动快，适于作尖峰机组。在电网系统中，把平时多余的电力用于电解水，制成的氢和氧先贮存起来，在负荷高峰时把氢发电装置投入运行。所以，再过若干年后，如果矿物燃料价格继续上涨，而水电解效率和热循环效率又不断改善则氢能尖峰发电机组就会取代常规的储能电站。