化學(xué)在解決能源危機(jī)中的重要作用

曹之玲

【摘要】當(dāng)今世界開發(fā)新能源迫在眉睫，原因是目前所用的能源如石油、天然氣、煤，均屬不可再生資源，地球上存量有限，而人類生存又時(shí)刻離不開能源，所以必須尋找新的能源氫能是高效清潔環(huán)保型能源 ，在我國發(fā)展氫能源具有重要的戰(zhàn)略意義。而且我國氫的來源極為豐富，技術(shù)水平也有了一定的基礎(chǔ)，水電解制氫、生物質(zhì)氣化制氫等制氫方法，現(xiàn)已形成規(guī)模。

【關(guān)鍵詞】氫能;新能源 ?必然性 ?氫能源的優(yōu)劣勢

一、氫能源

（一）氫能源簡介

氫能是一種二次能源，它是通過一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油和天然氣等可以直接從地下開采、幾乎完全依靠化石燃料。隨著石化燃料耗量的日益增加，其儲量日益減少，終有一天這些資源將要枯竭，這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料的儲量豐富的新的含能體能源。氫正是這樣一種在常規(guī)能源危機(jī)的出現(xiàn)和開發(fā)新的二次能源的同時(shí)，人們期待的新的二次能源。氫位于元素周期表之首，原子序數(shù)為1，常溫常壓下為氣態(tài)，超低溫高壓下為液態(tài)。作為一種理想的新的合能體能源，它具有以下特點(diǎn)：

l、重量最輕的元素。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，密度為 0.8999g/l，-252.7℃時(shí)可成為液體，若將壓力增大到數(shù)百個大氣壓，液氫可變?yōu)榻饘贇洹?/p>

2、導(dǎo)熱性最好的氣體，比大多數(shù)氣體的導(dǎo)熱系數(shù)高出10倍。

3、自然界存在最普遍的元素。據(jù)估計(jì)它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的 75%，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態(tài)貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。據(jù)推算，如把海水中的氫全部提取出來，它所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍。

4、除核燃料外氫的發(fā)熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142，351kJ/kg，是汽油發(fā)熱值的3倍。

5、燃燒性能好，點(diǎn)燃快，與空氣混合時(shí)有廣泛的可燃范圍，而且燃點(diǎn)高，燃燒速度快。

6、無毒，與其他燃料相比氫燃燒時(shí)最清潔滁生成水和少量氮化氫外不會產(chǎn)生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠衔铩U化物和粉塵顆粒等對環(huán)境有害的污染物質(zhì)，少量的氮化氫經(jīng)過適當(dāng)處理也不會污染環(huán)境，且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，反復(fù)循環(huán)使用。產(chǎn)物水無腐蝕性，對設(shè)備無損。

7、利用形式多。既可以通過燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動機(jī)中產(chǎn)生機(jī)械功，又可以作為能源材料用于燃料電池，或轉(zhuǎn)換成固態(tài)氫用作結(jié)構(gòu)材料。

8、可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的金屬氫化物出現(xiàn)，能適應(yīng)貯運(yùn)及各種應(yīng)用環(huán)境的不同要求。

9、氫可以減輕燃料自重，可以增加運(yùn)載工具有效載荷，這樣可以降低運(yùn)輸成本從全程效益考慮社會總效益優(yōu)于其他能源。

由以上特點(diǎn)可以看出氫是一種理想的新的能源。目前液氫已廣泛用作航天動力的燃料，但是在實(shí)際的應(yīng)用中氫的存儲與運(yùn)輸，以及利用太陽能分解水制取氫，一直是制約氫能發(fā)展的問題。

二、我國發(fā)展氫能源的優(yōu)劣勢分析

中國對氫能的研究與發(fā)展可以追溯到60年代初，中國科學(xué)家為發(fā)展本國的航天事業(yè)，對作為火箭燃料的液氫的生產(chǎn)，H2/O2。燃料電池的研制與開發(fā)進(jìn)行了大量而有效的工作。將氫作為能源載體和新的能源系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，是70年代的事。多年來，我國氫能領(lǐng)域的專家和科學(xué)工作者在國家經(jīng)費(fèi)支持不多的困難條件下，在制氫、儲氫和氫能利用等方面取得了不少進(jìn)展和成績。氫作為能源利用應(yīng)包括以下三個方面：利用氫和氧化劑發(fā)生反應(yīng)放出的熱能，利用氫和氧化劑在催化劑作用下的電化學(xué)反應(yīng)直接獲取電能及利用氫的熱核反應(yīng)釋放出的核能。 我國早已試驗(yàn)成功的氫彈就是利用了氫的熱核反應(yīng)釋放出的核能，是氫能的一種特殊應(yīng)用。我國航天領(lǐng)域使用的以液氫為燃料的液體火箭，是氫作為燃料能源的典型例子。

目前，獲得大量單質(zhì)氫的唯一途徑是依靠人工從天然氣、石油、煤炭、生物質(zhì)能及其它富氫有機(jī)物等中制取。氫的最大來源是水，特別是海水，根據(jù)計(jì)算9噸水可以生產(chǎn)出1噸氫（及8噸氧），氫氣燃燒熱是28900千卡/公斤，而且氫與氧的燃燒產(chǎn)物就是水，因而，水可以再生。由此可見，以水為原料制氫，可使氫的制取和利用實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)，取之不盡，用之不竭。據(jù)估計(jì)，我國水能源理論穩(wěn)定蘊(yùn)藏量為7億KW，而開發(fā)量為4億KW，開發(fā)成功后，每年可節(jié)約大量煤炭，減排大量二氧化硫。工業(yè)副產(chǎn)氫也是向燃料電池提供燃料的有效途徑。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國在合成氨工業(yè)中氫的年回收量可達(dá)標(biāo)14'108m;在氯堿工業(yè)中有87'106 m的氫可供回收利用。此外，在冶金工業(yè)、發(fā)酵制酒廠及丁醇溶劑廠等生產(chǎn)過程中都有大量氫可回收。上述各類工業(yè)副產(chǎn)氫的可回收總量，估計(jì)可達(dá)15億立方米以上。

可見，我國氫的來源極為豐富，技術(shù)水平也有了一定的基礎(chǔ)，水電解制氫、生物質(zhì)氣化制氫等制氫方法，現(xiàn)已形成規(guī)模。其中低價(jià)電電解水制氫方法在今后仍將是氫能規(guī)模制備的主要方法。另外，用氫代替煤和石油，不需對現(xiàn)有的技術(shù)裝備作重大的改造，現(xiàn)在的內(nèi)燃機(jī)稍加改裝即可使用，這可以降低氫能應(yīng)用成本。由此，我國發(fā)展氫能源優(yōu)勢可見一斑。任何事物的發(fā)展都具有兩面性。在看到優(yōu)勢的同時(shí)，我們也要看到它所面臨的困難。大量廉價(jià)氫的生產(chǎn)是實(shí)現(xiàn)氫能利用的根本。目前，廉價(jià)的制氫技術(shù)和安全可靠的貯氫和輸氫方法是兩大核心問題。獲取氫需要消耗大量的電能將氫和氧進(jìn)行分離（制備1升液氫約需消耗電能3kwh）;而直接從天然氣中獲取氫，需耗汽油，每公里要排放約16克二氧化碳（普通汽油車每公里排放260克二氧化碳），能耗過高。就環(huán)境保護(hù)和市場需求而言，潔凈和成本是二個關(guān)鍵參數(shù)，光有潔凈而成本過高就沒有市場，很難推廣。因此，要實(shí)施這一戰(zhàn)略，就必須有目的地降低成本。每百公里所加注氫的價(jià)格與汽油價(jià)格要盡可能接近，否則該技術(shù)只能永遠(yuǎn)停留在實(shí)驗(yàn)室或樣車階段。當(dāng)然，氫能的使用還有其他方面的問題，如作為基礎(chǔ)設(shè)施的氫加注站。

結(jié)語：目前，世界各國正在研究如何能大量而廉價(jià)的生產(chǎn)氫。利用太陽能來分解水是一個主要研究方向，在光的作用下將水分解成氫氣和氧氣，關(guān)鍵在于找到一種合適的催化劑。近日，世界首列氫能源有軌電車在南車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司竣工下線，正式投用于山東首條有軌電車示范線——城陽有軌電車示范線上。據(jù)悉，該車的下線面市，填補(bǔ)了氫能源在全球有軌電車領(lǐng)域應(yīng)用的空白，也使我國成為世界上第一個掌握氫能源有軌電車技術(shù)的國家。發(fā)展氫能源，將為建立一個美好、無污染的新世界邁出重要一步。

參考文獻(xiàn)

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4、2009/2012年氫能源行業(yè)發(fā)展前景分析及投資風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測報(bào)告。