氫能 【hydrogen energy】【】 通過氫氣和氧氣反應所產生的能量。氫能是氫的化學能，氫在地球上主要以化合態的形式出現，是宇宙中分布最廣泛的物質，它構成了宇宙質量的75%。由于氫氣必須從水、化石燃料等含氫物質中制得，因此是二次能源。工業上生產氫的方式很多，常見的有水電解制氫、煤炭氣化制氫、重油及天然氣水蒸氣催化轉化制氫等。氫能具有以下主要優點：燃燒熱值高，每千克氫燃燒后的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃燒的產物是水，是世界上最干凈的能源。資源豐富，氫氣可以由水制取，而水是地球上最為豐富的資源。目前，氫能技術在美國、日本、歐盟等國家和地區已進入系統實施階段。

煤炭石油等礦物燃料的廣泛使用，已對全球環境造成嚴重污染，甚至對人類自身的生存造成威
脅。同時礦物燃料的存量，是一個有限量，也會隨著過度開采而枯竭。因此，當前在設法降低現有常
規能源（如煤、石油等）造成污染環境的同時，清潔能源的開發與應用是大勢所趨。氫能是理想的清潔能源之一，已廣泛引起人們的重視。氫不僅是一種清潔能源而且也是一種優良的能源載體，具有可儲的特性。儲能是合理利用能量的一種方式。太陽能、風能分散間歇發電裝置及電網負荷的峰谷差或
有大量廉價電能能都可以轉化為氫能儲存，供需要時再使用，這種儲能方式分散靈活。氫能也具有可
輸的特性，如在一定條件下將電能轉化為氫能，輸氫較輸電有一定的優越性。科學家認為，氫能在二
十一世紀能源舞臺上將成為一種舉足輕重的能源。
l、氫的產生途徑
1.1電解水制氫．
水電解制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的
逆過程，因此只要提供一定形式一定能量，則可使水分解。提供電能使水分解制得氫氣的效率一般在
75-85％，其工藝過程簡單，無污染，但消耗電量大，因此其應用受到一定的限制。利用電網峰谷差電解水制氫，作為一種貯能手段也具有特點。我國水力資源豐富，利用水電發電，電解水制氫有其發展前景。太陽能取之不盡，其中利用光電制氫的方法即稱為太陽能氫能系統，國外已進行實驗性研究。隨著太陽電池轉換能量效率的提高，成本的降低及使用壽命的延長，其用于制氫的前景不可估量。同時，太陽能、風能及海洋能等也可通過電制得氫氣并用氫作為中間載能體來調節，貯存轉化能量，使得對用戶的能量供應更為靈活方便。供電系統在低谷時富余電能也可用于電解水制氫，達到儲能的目的。我國各種規模的水電解制氫裝置數以百計，但均為小型電解制氫設備，其目的均為制提氫氣作料而非作為能源。隨著氫能應用的逐步擴大，水電解制氫方法必將得到發展。
1．2礦物燃料制氫
以煤、石油及天然氣為原料制取氫氣是當今制取氫氣是主要的方法。該方法在我國都具有成熟的工藝，并建有工業生產裝置。
（1）煤為原料制取氫氣
在我國能源結構中，在今后相當長一段時間內，煤炭還將是主要能源。如何提高煤的利用效率及
減少對環境的污染是需不斷研究的課題，將煤炭轉化為氫是其途徑之一。
以煤為原料制取含氫氣體的方法主要有兩種：一是煤的焦化（或稱高溫干餾），二是煤的氣化。焦化是指煤在隔絕空氣條件下，在90－1000℃制取焦碳副產品為焦爐煤氣。焦爐煤氣組成中含氫氣55-60％（體積）甲烷23-27％、一氧化碳6-8％等。每噸煤可得煤氣300－350m3，可作為城市煤氣，
亦是制取氫氣的原料。煤的氣化是指煤在高溫常壓或加壓下，與氣化劑反應轉化成氣體產物。氣化
劑為水蒸汽或氧所（空氣），氣體產物中含有氫有等組份，其含量隨不同氣化方法而異。我國有大批中小型合成氫廠，均以煤為原料，氣化后制得含氫煤氣作為合成氨的原料。這是一種具有我國特點的取得氫源方法。采用OGI固定床式氣化爐，可間歇操作生產制得水煤氣。該裝置投資小，操作容易，其氣體產物組成主要是氫及一氧化碳，其中氫氣可達60％以上，經轉化后可制得純氫。采用煤氣化制氫方法，其設備費占投資主要部分。煤地下氣化方法近數十年已為人們所重視。地下氣化技術具有煤
資源利用率高及減少或避免地表環境破壞等優點。中國礦業大學余力等開發并完善了長通道、大斷
面、兩階段地下煤氣化生產水煤氣的新工藝，煤氣中氫氣含量達50％以上，在唐山劉莊已進行工業性試運轉，可日產水煤氣5萬m3，如再經轉化及變壓吸附法提純可制得廉價氫氣，該法在我國具有一定開發前景．我國對煤制氫技術的掌握已有良好的基礎，特別是大批中小型合成氨廠的制氫裝置遍布各地，為今后提供氫源創造了條件。我國自行開發的地下煤氣化制水煤氣獲得廉價氫氣的工藝已取得
階段成果，具有開發前景，值得重視。
（2）以天然氣或輕質油為原料制取氫氣
該法是在催化劑存在下與水蒸汽反應轉化制得氫氣。主要發生下述反應：
CH4＋H2O→CO＋H2
CO＋H2O→COZ＋HZ
CnH2h＋2＋Nh2O→nCO＋（Zh＋l）HZ
反應在800-820℃下進行。從上述反應可知，也有部分氫氣來自水蒸汽。用該法制得的氣體組
成中，氫氣含量可達74％（體積），其生產成本主要取決于原料價格，我國輕質油價格高，制氣成本貴，采用受到限制。大多數大型合成氨合成甲醇工廠均采用天然氣為原料，催化水蒸汽轉化制氫的工藝。我國在該領域進行了大量有成效的研究工作，并建有大批工業生產裝置。我國曾開發采用間歇式天然氣蒸汽轉化制氫工藝，制取小型合成氨廠的原料，這種方法不必用采高溫合金轉化爐，裝置投資成本低。以石油及天然氣為原料制氫的工藝已十分成熟，但因受原料的限制目前主要用于制取化工原
料。
（3）以重油為原料部分氧化法制取氫氣
重油原料包括有常壓、減壓渣油及石油深度加工后的燃料油，重油與水蒸汽及氧氣反應制得含氫
氣體產物。部分重油燃燒提供轉化吸熱反應所需熱量及一定的反應溫度。該法生產的氫氣產物成本
中，原料費約占三分之一，而重油價格較低，故為人們重視。我國建有大型重油部分氧化法制氫裝置，用于制取合成氫的原料。
1．3生物質制氫
生物質資源豐富，是重要的可再生能源。生物質可通過氣化和微生物制氫。
（1）生物質氣化制氫
將生物質原料如薪柴、麥秸、稻草等壓制成型，在氣化爐（或裂解爐）中進行氣化或裂解反應可制得含氫燃料。我國在生物質氣化技術領域的研究已取得一定成果，在國外，由于轉化技術的提高，生物質氣化已能大規模生產水煤氣，其氫氣含量大大提高。
（2）微生物制氫
微生物制氫技術亦受人們的關注。利用微生物在常溫常壓下進行酶催反應可制得氫氣。生物質
產氫主要有化能營養微生物產氫和光合微生物產氫兩種。屬于化能營養微生物的是各種發酵類型的
一些嚴格厭氧菌和兼性厭氧菌）發酵微生物放氫的原始基質是各種碳水化合物、蛋白質等。目前已有
利用碳水化合物發酵制氫的專利，并利用所產生的氫氣作為發電的能源。光合微生物如微型藻類和
光合作用細菌的產氫過程與光合作用相聯系，稱光合產氫。
1．4其它合氫物質制氫
國外曾研究從硫化氫中制取氫氣。我國有豐富的H25資源，如河北省趙蘭莊油氣田開采的天然氣中H多含量高達90％以上，其儲量達數千萬噸，是一種寶貴資源，從硫化氫中制氫有各種方法，我國在90年代開展了多方面的研究，各種研究結果將為今后充分合理利用寶貴資源，提供清潔能源及
化工原料奠定基礎。
1．5各種化工過程副產氫氣的回收
多種化工過程如電解食鹽制堿工業、發酵制酒工藝、合成氨化肥工業、石油煉制工業等均有大量
副產氫氣，如能采取適當的措施進行氫氣的分離回收，每年可得到數億立方米的氫氣。這是一項不容
忽視的資源，應設法加以回收利用。目前化工廠副產氫氣的回收，可提供一種較為廉價的氫源，應予
以重視。
2、氫的解和運輸
氫在一般條件下是以氣態形式存在的，這就為貯存和運輸帶來了很大的困難。氫的貯存有三種
方法：高壓氣態貯存；低溫液氫貯存；金屬氫化物貯存。
2．l氣態貯存
氣態氫可貯存在地下庫里，也可裝人鋼瓶中，為減小貯存體積，必須先將氫氣壓縮，為此需消耗較多的壓縮功。一般一個充氣壓力為 20mp的高壓鋼瓶貯氫重量占只1.6％；供太空用的鈦瓶儲氫重量
也僅為5％。為提高貯氫量，目前正在研究一種微孔結構的儲氫裝置，它是一微型球床。微型球系薄
壁（1—10um），充滿微孔（l0－10um），氫氣貯存在微孔中，微型球可用塑料、玻璃、陶瓷或金屬制造。
2．2、低溫液氫貯存
將氫氣冷卻到-253℃，即可呈液態，然后，將其貯存在高真空的絕熱容器中，液氫貯存工藝首先
用于宇航中，其貯存成本較貴，安全技術也比較復雜．高度絕熱的貯氫容器是目前研究的重點，現在一種間壁間充滿中孔微珠的絕熱容器已經問世。這種二氧化硅的微珠導熱系數極小，其顆粒又非常細
可完全抑制顆粒間的對流換熱，將部分鍍鋁微珠（一般約為3％-5％）混入不鍍鋁的微珠中可有效地
切斷輻射傳熱。這種新型的熱絕緣容器不需抽真空，其絕熱效果遠優于普遍高真空的絕熱容器，是一
種理想的液氫貯存罐，美國宇航局已廣泛采用這種新型的貯氫容器。
2．3、金屬氫化物貯存
氫與氫化金屬之間可以進行可逆反應，當外界有熱量加給金屬氫化物時，它就分解為氫化金屬并
放出氫氣。反之氫和氫化金屬構成氫化物時，氫就以固態結合的形式儲于其中，用來貯氫的氫化金屬
大多為由多種元素組成的合金。目前世界上己研究成功多種貯氫合金，它們大致可以分為四類：一是
稀土锎鎳等，每公斤锎鎳合金可貯氫153L。二是鐵一鈦系，它是目前使用最多的貯氫材料，其貯氫量
大，是前者的4倍，且價格低，活性大，還可在常溫常壓下釋放氫，給使用帶來很大的方便。三是鎂系，這是吸氫量最大的金屬元素，但它需要在287℃下才能釋放氫，且吸收氫十分緩慢，因而使用上受限制。四是釩、鈮、鋯等多元素系，這類金屬本身屬稀貴金屬，因此進一步研究氫化金屬本身的化學物理性質，包括平衡壓力一溫度曲線、生成食轉化反應速度，化學及機械穩定性等，尋求更好的貯氫材料仍是氫開發利用中值得注意的問題。帶金屬氫化物的貯氫裝置既有固定式也有移動式，它們既可作為氫燃料和氫物料的供應來源，也可用于吸收廢熱，儲存太陽能，還可作氫泵或氫壓縮機使用。
2．4、氫氣的運輸
氫雖然有很好的可運輸性，但不論是氣態氫還是液氫，它們在使用過程中都存在在著不可忽視的
特殊問題，首先，由于氫特別輕，與其他燃料相比在運輸和使用過程中單位能量所占的體積特別大，即使液態氫也是如此。其次，氫特別容易泄漏，以氫作燃料的汽車行駛試驗證明，即使是真空密封的氫燃料箱，每24h的泄漏率就達2％，而汽油一般一個月才泄漏1％，因此對貯氫容器和輸氫管道、接頭、閥門都要采取特殊的密封措施。第三，液氫的溫度極低，只要有一點滴掉在皮膚上就會發生嚴重的凍傷，因此在運輸和使用過程中應特別注意采取各種安全措施。
3、氫能利用
早在第二次世界大戰期間，氫即用作A—2火箭發動機的液體推進劑。1960年液氫首次用作航天動力燃料。1970年美國發射的阿波羅登月飛船使用的起飛火箭也是用液氫作燃料。現在氫已是火箭領域的常用燃料了。對現代航天飛機而言，減輕燃料自重，增加有效載何變得更為重要。氫的能量密度很高，是普遍汽油的3倍，這意味著燃料的自重可減輕2/3，這對航天飛機無疑是極為有利的。今天的航天飛機以氫作為發動機的推進劑，以純氧分為氧化劑，液氫就裝在外部推進劑桶內，每次發射需用 1450m3，重約100t。
現在科學家們正在研究一種固態氫的宇宙飛船。固態氫既作為飛船的結構材料，又作為飛船
的動力燃料。在飛行期間，飛船上所有的非重要零件都可以轉作能源而消耗掉。這樣飛船在宇宙
中就能飛行更長的時間。
氫是21世紀重要的能源載體。以氫為燃料的燃料電池，燃燒時氫與氧結合生成水，是一種潔凈的發電技術，順應了全球的環保大趨勢。
當前，世界著名的汽車廠商，為發展環保型汽車，加緊更新傳統的車用燃料，紛紛決定采用氫能，掀起了一場氫能汽車開發的熱潮。實驗證明，使用氫燃料電池的汽車排放的碳僅為常規內燃機的
30％，造成的大氣污染僅為內燃機的5％，美國汽車工業協會預測，到2002年，美國將生產約50萬-
100萬輛氫能汽車。
除汽車外，200年開始，美國、歐洲和日本將在飛機上推廣氫燃料。據歐洲空中客車飛機公司預
測，最遲將于2002年，歐洲生產的飛機可大規模采用液氫為燃料。由于液態氫的工作溫度為-253℃，因此必須改進目前的飛機燃料系統。德國戴姆勒一奔馳航空公司和俄羅斯航空公司已從1996年開始進行試驗，證實在配備有雙發動機的噴氣機中使用液氫，其安全性有足夠的保證。另外，由于同等重量的氫和汽油相比，氫提供的能量是汽油的3倍，但即使液態氫也需要4倍于汽油的容積，從而飛機設計師們面臨的任務是將傳統的機翼設計成可以容納更多液氫的新型構造。
氫能的開發與應用研究在我國尚處于起步階段，但隨著技術進步，環境對清潔能源的要求不斷提
高，氫能利用是發展的必然趨勢，對氫源供應的要求必將日益增加。在發展過程中，應結合我國情況
積極開展擴大氫源、降低價格的研究，以便取得較好的經濟效益和社會效益。
4、結束語
不久的將來，氫經濟社會節省下石油、煤炭等化石燃料資源，基本廢除內燃機動力系統，實現無污染排放，緩解溫室效應，讓環境更潔凈、空氣更清新。同時，氫能的使用也會帶動可再生能源設備：電解水設備、燃料電池、儲氫器等一系列新興制造產業，全面推動經濟發展。而核聚變電站、太陽能電站、風力電站及潮汐電站的發展又可以與氫能技術進一步結合，把人類利用能源的水平提高到新的水平。
總之，氫能的研究與開發有廣寬的前景，隨著氫能應用領域的逐步成熟與擴大，必然推動制氫方
法研究與開發。適合我國國情的廉價的氫源供應又將會進一步促進氫能的應用，為改善環境造福人
民作出貢獻。

標簽：氫能什么好處