氢能将取代石油？

当前，人类面临着巨大的能源压力。传统的能源（主要是不可再生的化石燃料）正日趋枯竭，而且化石燃料燃烧后排放的废气造成严重的空气污染，甚至加速了气候变化，因此寻找新的替代能源迫在眉睫。早在19世纪法国科幻小说鼻祖凡尔纳的小说中，预想家们就预言，有朝一日社会将通过以氢为基础的能源而被彻底改造。这种重量很轻的气体是宇宙中最丰富的元素，氢能作为最洁净、高效的新能源，已经引起全世界的广泛关注。各国都加快了对“氢能”的研究，一种以氢能源为基础的“氢经济”开始展露在人们面前。

煤炭石油等矿物燃料的广泛使用，已对全球环境造成严重污染，甚至对人类自身的生存造成威胁。同时矿物燃料的存量，是一个有限量，会随着过度开采而枯竭。因此，当前在设法降低现有常规能源（如煤、石油等）造成环境污染的同时，清洁能源的开发与应用也是大势所趋。氢能作为理想的清洁能源之一，已广泛引起人们的重视。

氢不仅是一种清洁能源，而且也是一种优良的能源载体，具有可储存的特性。储能是合理利用能量的一种方式。太阳能、风能分散间歇发电装置、电网负荷的峰谷差使得大量廉价电能都可以转化为氢能储存，供需要时再使用，这种储能方式分散灵活。氢能也具有可输送的特性，如在一定条件下将电能转化为氢能，输送氢较输送电有一定的优越性。科学家认为氢能在21世纪能源舞台上将成为一种举足轻重的能源。

氢能：新兴的绿色能源

早在第二次世界大战期间，氢即用作A—2火箭发动机的液体推进剂。1960年液氢首次用作航天动力燃料。1970年美国发射的“阿波罗”登月飞船使用的起飞火箭也是用液氢做燃料。现在氢已是火箭领域的常用燃料了。对现代航天飞机而言，减轻燃料自重，增加有效载荷变得更为重要。氢的能量密度很高，是普通汽油的3倍，这意味着燃料的自重可减轻2/3，这对航天飞机无疑是极为有利的。今天的航天飞机以氢作为发动机的推进剂，以纯氧分为氧化剂，液氢就装在外部推进剂桶内，每次发射需用1450m3，重约100吨。

现在科学家们正在研究一种“固态氢”的宇宙飞船。固态氢既作为飞船的结构材料，又作为飞船的动力燃料。在飞行期间，飞船上所有的非重要零件都可以转化为能源而被“消耗掉”。这样飞船在宇宙中就能飞行更长的时间。

氢是21世纪重要的能源载体。以氢为燃料的燃料电池，燃烧时氢与氧结合生成水，是一种洁净的发电技术，符合了全球的环保大趋势。

当前，世界著名的汽车厂商，为发展环保型汽车，加紧更新传统的车用燃料，纷纷决定采用氢能，掀起了一场氢能汽车开发的热潮。实验证明，使用氢燃料电池的汽车排放的碳仅为常规内燃机的30％，造成的大气污染仅为内燃机的5％。

除汽车外，美国、欧洲和日本将在飞机上推广氢燃料。据欧洲空中客车飞机公司预测，不久的将来，欧洲生产的飞机可大规模采用液氢为燃料。由于液态氢的工作温度为-253℃，因此必须改进目前的飞机燃料系统。德国戴姆勒一奔驰航空公司和俄罗斯航空公司已从1996年开始进行试验，证实在配备有双发动机的喷气机中使用液氢，其安全性有足够的保证。另外，由于同等重量的氢和汽油相比，氢提供的能量是汽油的3倍，但即使液态氢也需要4倍于汽油的容积，从而飞机设计师们面临的任务是将传统的机翼设计成可以容纳更多液氢的新型构造。

氢能的开发与应用研究在我国尚处于起步阶段，但随着技术进步，环境对清洁能源的要求不断提高，氢能利用是发展的必然趋势，对氢源供应的要求必将日益增加。

“氢经济社会”节省了石油、煤炭等化石燃料资源，基本废除内燃机动力系统，实现无污染排放，缓解温室效应，让环境更洁净、空气更清新。同时，氢能的使用也会带动可再生能源设备：电解水设备、燃料电池、储氢器等一系列新兴制造产业，全面推动经济发展。而核聚变电站、太阳能电站、风力电站及潮汐电站的发展又可以与氢能技术进一步结合，把人类利用能源的水平提高到新的水平。

总之，氢能的研究与开发有广阔的前景，随着氢能应用领域的逐步成熟与扩大，必然推动制氢方法研究与开发，适合我国国情的廉价的氢源供应又将会进一步促进氢能的应用。

五花八门的制氢技术

电解水制氢

水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水作为原料的制氢过程，是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此只要提供一定形式一定能量，则可使水分解。提供电能使水分解制成氢气的效率一般在75%～85％，其工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。我国水力资源丰富，利用水电发电，电解水制氢有很好的发展前景。

太阳能取之不尽，其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统，国外已进行实验性研究。随着太阳电池转换能量效率的提高，成本的降低及使用寿命的延长，其用于制氢的前景不可估量。同时，太阳能、风能及海洋能等也可通过电制成氢气，并用氢作为中间载能体来调节，贮存转化能量，使得对用户的能量供应更为灵活方便。供电系统在低谷时富余电能也可用于电解水制氢，达到储能的目的。我国各种规模的水电解制氢装置数以百计，但均为小型电解制氢设备，其目的均为制取氢气作为原料而非作为能源。随着氢能应用的逐步扩大，水电解制氢方法必将得到发展。

矿物燃料制氢

以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制取氢气的主要方法。该方法在我国已具有成熟的工艺，并建有工业生产装置。

以煤为原料制取氢气

在我国能源结构中，在今后相当长一段时间内，煤炭还将是主要能源。如何提高煤的利用效率及减少对环境的污染，这是需要不断研究的课题，将煤炭转化为氢是其途径之一。

以天然气或轻质油为原料制取氢气

该方法是在催化剂存在下与水蒸汽反应转化制取氢气。用该法制得的气体组成中，氢气含量可达74％（体积），其生产成本主要取决于原料价格，我国轻质油价格高，制气成本高，采用受到限制。大多数大型合成氨、合成甲醇工厂均采用天然气为原料，催化水蒸汽转化制氢的工艺。我国在该领域进行了大量有成效的研究工作，并建有大批工业生产装置。以石油及天然气为原料制氢的工艺已十分成熟。

以重油为原料部分氧化法制取氢气

重油原料包括有常压、减压渣油及石油深度加工后的燃料油，重油与水蒸汽及氧气反应制取含有氢气的原料。部分重油燃烧提供转化吸热反应所需热量及一定的反应温度。我国已建有大型重油部分氧化法制氢装置，用于制取合成氢的原料。

生物质制氢

生物质资源丰富，是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物制氢。

生物质气化制氢

将生物质原料如树枝、麦秸、稻草等压制成型，在气化炉（或裂解炉）中进行气化或分解反应可制取含氢燃料。我国在生物质气化技术领域的研究已取得一定成果，在国外，由于转化技术的提高，生物质气化已能大规模生产水煤气，其氢气含量大大提高。

微生物制氢

微生物制氢技术亦受到人们的关注。利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可制得氢气。生物质产氢主要有化能营养微生物产氢和光合微生物产氢两种。目前已有利用碳水化合物发酵制氢的专利，并利用所产生的氢气作为发电的能源。光合微生物如微型藻类和光合作用细菌的产氢过程与光合作用相联系，称光合产氢。

其他合氢物质制氢

国外曾研究从硫化氢中制取氢气，从硫化氢中制氢有各种方法，我国在上世纪90年代就开展了多方面的研究。

各种化工过程副产氢气的回收

多种化工过程如电解食盐制碱工业、发酵制酒工艺、合成氨化肥工业、石油炼制工业等均有大量副产氢气，如能采取适当的措施进行氢气的分离回收，每年可得到数亿立方米的氢气，这是一项不容忽视的资源。

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