氢能源（二次能源）

氢能源（二次能源）

氢能源 （二次能源） 次浏览 | 2022.05.13 13:28:02 更新 来源 ：互联网 精选百科 本文由作者推荐 氢能源二次能源

氢能是一种二次能源，它是通过一定的方法利用其它能源制取的，而不像煤、石油、天然气可以直接开采，今下几乎完全依靠化石燃料制取得到，如果能回收利用工程废氢，每年大约可以回收到大约1亿立方米，这个数字相当可观。氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，人类对氢能源应用自200年前就产生了兴趣，到20世纪70年代以来，世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能源研究。这个阶段需要政府加大研发力度的投入，以保证中国在燃料电池发动机关键技术方面的水平和领先优势。

中文名

氢能源

外文名

Hydrogen energy

类别

二次能源

环保

环保型能源

特点

氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出。[1]21世纪，我国和美国、日本、加拿大、欧盟等都制定了氢能发展规划，并且目前我国已在氢能领域取得了多方面的进展，在不久的将来有望成为氢能技术和应用领先的国家之一，也被国际公认为最有可能率先实现氢燃料电池和氢能汽车产业化的国家。

当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是所用的能源如石油、天然气、煤，石油气均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源、能源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的储量丰富的新的含能体能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。 氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点：

重量最轻：标准状态下，密度为 0.0899g/l，－252.7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢可变为金属氢。

导热性最好：比大多数气体的导热系数高出10倍。

普遍元色：据估计它构成了宇宙质量的 75%，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。

回收利用：利用氢能源的汽车排出的废物只是水，所以可以再次分解氢，再次回收利用。

理想的发热值：除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。

燃烧性能好 :点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。

无毒：与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水还可继续制氢，反复循环使用。产物水无腐蚀性，对设备无损。

利用形式多：既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。

多种形态：以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。

耗损少：可以取消远距离高压输电，代以远近距离管道输氢，安全性相对提高，能源无效损耗减小

利用率高：氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利用率高。

运输方便：氢可以减轻燃料自重，可以增加运载工具有效载荷，这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源。

减少温室效应：氢取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应

开发与利用

时至今日，氢能的利用已有长足进步。自从1965年美国开始研制液氢发动机以来，相继研制成功了各种类型的喷气式和火箭式发动机。美国的航天飞机已成功使用液氢做燃料。我国长征2号、3号也使用液氢做燃料。利用液氢代替柴油，用于铁路机车或一般汽车的研制也十分活跃。氢汽车靠氢燃料、氢燃料电池运行也是沟通电力系统和氢能体系的重要手段。

世界各国正在研究如何能大量而廉价的生产氢。利用太阳能来分解水是一个主要研究方向，在光的作用下将水分解成氢气和氧气，关键在于找到一种合适的催化剂。如今世界上有50多个实验室在进行研究，但至今尚未有重大突破，但它蕴育着广阔的前景。

随着太阳能研究和利用的发展，人们已开始利用阳光分解水来制取氢气。在水中放入催化剂，在阳光照射下，催化剂便能激发光化学反应，把水分解成氢和氧。例如，二氧化钛和某些含钌的化合物，就是较适用的光水解催化剂。人们预计，一旦当更有效的催化剂问世时，水中取“火”——制氢就成为可能，到那时，人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水，再加入光水解催化剂，那么，在阳光照射下，水便能不断地分解出氢，成为发动机的能源。

氢能源与化石能源成本变化曲线

本世纪70年代，人们用半导体材料钛酸锶作光电极，金属铂作暗电极，将它们连在一起，然后放入水里，通过阳光的照射，就在铂电极上释放出氢气，而在钛酸锶电极上释放出氧气，这就是我们通常所说的光电解水制取氢气法。

科学家们还发现，一些微生物也能在阳光作用下制取氢。人们利用在光合作用下可以释放氢的微生物，通过氢化酶诱发电子，把水里的氢离子结合起来，生成氢气。前苏联的科学家们已在湖沼里发现了这样的微生物，他们把这种微生物放在适合它生存的特殊器皿里，然后将微生物产生出来的氢气收集在氢气瓶里。这种微生物含有大量的蛋白质，除了能放出氢气外，还可以用于制药和生产维生素，以及用它作牧畜和家禽的饲料。人们正在设法培养能高效产氢的这类微生物，以适应开发利用新能源的需要。

引人注意的是，许多原始的低等生物在新陈代谢的过程中也可放出氢气。例如，许多细菌可在一定条件下放出氢。日本已找到一种叫做“红鞭毛杆菌”的细菌，就是个制氢的能手。在玻璃器皿内，以淀粉作原料，掺入一些其他营养素制成的培养液就可培养出这种细菌，这时，在玻璃器皿内便会产生出氢气。这种细菌制氢的效能颇高，每消耗五毫升的淀粉营养液，就可产生出25毫升的氢气。

美国宇航部门准备把一种光合细菌——红螺菌带到太空中去，用它放出的氢气作为能源供航天器使用。这种细菌的生长与繁殖很快，而且培养方法简单易行，既可在农副产品废水废渣中培养，也可以在乳制品加工厂的垃圾中培育。

对于制取氢气，有人提出了一个大胆的设想：将来建造一些为电解水制取氢气的专用核电站。譬如，建造一些人工海岛，把核电站建在这些海岛上，电解用水和冷却用水均取自海水。由于海岛远离居民区，所以既安全，又经济。制取的氢和氧，用铺设在水下的通气管道输入陆地，以便供人们随时使用。

采用氢燃料电池的德国海军212A型潜艇核心提示

现在中国的氢能在国际上还有一定的地位，并不是有人想象的那么弱。首先从氢气的产量上来讲，我国应该是世界第一大产氢国。氢能的市场应用方面，现在大家总在争论，是不是还要十年、二十年等等。我就希望让大家看到氢能是比较有期望的，没有那么遥远和高成本。要不然的话，大家都觉得没意义。虽然从长远来看，氢能确实是一个必然的方向。

氢能应用氢能在汽车领域的应用

用氢作为汽车燃料，不仅干净，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是，只要在汽油中加入4％的氢气。用它作为汽车发动机燃料，就可节油40％，而且无需对汽油发动机作多大的改进。氢能在汽车领域的应用还处于研究阶段，离实用化还有很长的路程要求。但氢能在其他领域的应用已经相当成成熟。

氢能在碳钢切割领域的应用

近几年，由沃克能源公司研究的一种水燃料氢氧机，实现了在碳钢切割领域的应用，这种水燃料氢氧机设备以水能源产生氢氧燃料，取代了液化汽、丙烷、乙炔燃气。与乙炔水燃料氢氧机正在切割钢板相比，节省成本40%以上。氢氧焰切割不挂渣，切割速度快10%左右。

氢能源切割技术

中国发展现状

中国氢气产量世界第一

两个领先：氢气产量世界第一，储氢材料产、销量第一

现在中国的氢能在国际上还有一定的地位，并不是有人想象的那么弱。首先从氢气的产量上来讲，我国应该是世界第一大产氢国，大概年产1000多万吨的氢气。全世界最大的一个制氢工厂就在我国的鄂尔多斯，是用煤来制氢的，一年能够生产18万吨氢气。还有，我们跟日本一样，是世界最大的储氢材料产品国。中国和日本两国几乎包了全世界金属储氢材料的生产；而且我们的销售量比日本还大。

最常见的储氢方法就是将氢气压缩，用高压气瓶储存。这方面我们跟国际水平相当，国际上现在车载350公斤压力的轻质储氢罐都成为标准产品了，我们国内也能自己生产；另外我们还在做700公斤压力瓶的，压力更大。

通常，高压瓶的制造是这样的过程。拿一个钢锭把它烧红了，锻成一个像瓶子一样的部件，然后焊好。这样的钢瓶什么缺点？因为它要耐压，瓶的壁就要厚，很费材料。第二，罐最里面跟氢气接触的这材料要求抗氢气腐蚀的，而这样锻的罐子，整个罐子的材料都要抗氢气，自然就会贵了。现在主要的抗氢气的材料主要是铝、不锈钢和特种塑料。如果你用全不锈钢锻成一个高压罐，那价格就贵了。所以，车载高压氢气罐就用铝先做成一个罐子内胆，解决抗氢气腐蚀问题；但是不耐压，所以外面用极高强度的碳素纤维，比现在做羽毛球拍子、钓鱼杆的碳纤维的强度要高很多，在铝内胆外面缠一圈一圈的，这么样做出一个罐子来，就能够又能盛氢气，又耐高压。

我国科学家用同样的方法，不用碳纤维缠了，用钢带缠做出一个罐子来，就可以放在地面用，罐子的容积很大，达到5立方米水容积，耐压高达700公斤。这个是中国独创的特殊结构，国际上都还没有。

独创钢带缠罐储存法

目前，氢气作为能源来用就比较少，只是发射火箭时用一些。氢气主要是用在其它方面，比如说制造合成氨，石油的精炼、精制，汽油加氢等。氢气在交通燃料应用方面，目前在做的有氢燃料电池汽车，这个在2008年北京奥运会展示过了，2辆氢燃料电池大客车，20辆氢燃料电池小轿车，全程为北京奥运会服务，得到国内外一致好评。明年在上海举办世博会，准备用200辆氢燃料电池车，示范的效果会更大。氢内燃机汽车也在开发当中。所以总的来说，我国氢能项目是在不断的前进中，国际上也很重视。

发展方向

2008年国家还成立了一个中国氢能标准技术委员会，代码是SAC/TC309，专门来制定氢能国家标准，与国际氢能标准委员会接轨，我国氢能标准技术委员会的任务就是制定各种各样的氢能国家标准，保障我国氢能发展。

氢能作为一个战略来讲，一步到位也很难。所以，几年前，我提出这样一个观念，搀一点氢的燃料的叫做“浅绿”，全是氢气的燃料就叫“深绿”。先从相对比较容易的“浅绿”做起，再逐步过渡到“深绿”。我也发表过文章，就是希望从氢和天然气的混合燃料，叫做HCNG，先推动起来。这里H是氢气，CNG是压缩天然气。

接下来我们氢能标准委员会做的一个事情就是根据国际上的趋势，订立了加气站的国家标准。根据现有的加气站标准，一个加气站只准加氢一种燃料。这就有问题了，现在总共也没几辆氢能汽车，你再让人家建个加氢站花了几百万，没有车来加氢，谁也不愿意。所以我们的标准就是多元化。一个加气站不只是能加氢，还能加汽油、柴油、天然气和氢气混合气等等。这样，一个加气站就能满足不同车辆的燃料需求了，加燃料的车多了，加气站就不赔钱；愿意做加气站的人多了，加氢气就方便，对氢能汽车推广就很有好处。

氢能装置

我国，现在还没有这样的加气站，但是慢慢会发展起来，不可能一天一下子所有汽油全改成氢气。这是不可能的。现在主要还是汽油、柴油，将来把天然气做起来，那么HCNG就更现实，那不就达到我们使用氢能的目标了吗？

从长远来看，氢在两方面的应用是非常必要的。一个是交通方面。汽油、天然气也好，都是用一点少一点。五十年、一百年，没有了怎么办？这时候氢气开车最方便了。

氢在交通方面的应用主要有两种方法。一个是燃料电池汽车，还有一个内燃机汽车。现在氢燃料电池挺贵，氢内燃机就便宜了，内燃机就和现在的汽车一样，用得起。但是，氢内燃机车现在的问题是什么呢？就是你没有地方加氢啊。所以把加气站搞成多燃料同时加，慢慢地做加气站的人多了。加氢就方便了，氢能汽车发展的障碍就少一个。

氢的另一个非常必要的应用是在CCS，即碳捕集与储存方面。

氢能产业化

氢能的市场应用方面，现在大家总在争论，是不是还要十年、二十年等等。我就希望让大家看到氢能是比较有期望的，没有那么遥远和高成本。要不然的话，大家都觉得没意义。虽然从长远来看，氢能确实是一个必然的方向。

目前国际上来看，氢燃料电池车大规模的产业化，计划是2015年开始；这就很快了，六年而已。所以氢燃料电池车不是说遥不可及的。最近日本丰田汽车又提出2014年他们的氢燃料电池车要商业化。

对家用燃料电池热电联供系统，日本政府已经出了政策，家用的燃料电池热电供应系统今年5月在日本开始上市销售了。当然，政府投资了不少钱。

美国在推动家庭充气站。将来除了大型加气站以外，在家庭车库的角落放一个像立柜一样的设备，这样晚上不就充上氢了吗？使用这样的微型加气站，非常方便。氢气附属的基础设施建设也是推动氢能应用很重要的一个方面。

目前我们国内的氢能发展，还是相对慢一点。有时我们的一些开发氢能的建议，没有能够及时反应到上面。我国科学界对氢能，也有一些不同的意见，这都很正常。但不能因此就不推动氢能前进。虽然目前氢能还是挺难的，但我们充满信心，一步一步走，虽然慢一点，但我们走一步就算成功一步。今年8月到印度开第3届国际氢能技术大会，WHTC2009，印度前总统出席会议，发表长篇技术性报告，说2020年1000辆氢能HCNG车，到2020年印度要发展到100万辆氢能HCNG机动车，印度准备从HCNG车入手，开发氢能，直至氢燃料电池车。这些很值得我们思考。

产业化应用并非遥不可及中国氢能行业发展分析

氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，人类对氢能源应用自200年前就产生了兴趣，到20世纪70年代以来，世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能源研究。

氢能源

氢燃料电池技术，一直被认为是利用氢能，解决未来人类能源危机的终极方案。上海一直是中国氢燃料电池研发和应用的重要基地，包括上汽、上海神力、同济大学等企业、高校，也一直在从事研发氢燃料电池和氢能车辆。随着中国经济的快速发展，汽车工业已经成为中国的支柱产业之一。2007年中国已成为世界第三大汽车生产国和第二大汽车市场。与此同时，汽车燃油消耗也达到8000万吨，约占中国石油总需求量的1/4。在能源供应日益紧张的今天，发展新能源汽车已迫在眉睫。用氢能作为汽车的燃料无疑是最佳选择。

虽然燃料电池发动机的关键技术基本已经被突破，但是还需要更进一步对燃料电池产业化技术进行改进、提升，使产业化技术成熟。这个阶段需要政府加大研发力度的投入，以保证中国在燃料电池发动机关键技术方面的水平和领先优势。这包括对掌握燃料电池关键技术的企业在资金、融资能力等方面予以支持。

除此之外，国家还应加快对燃料电池关键原材料、零部件国产化、批量化生产的支持，不断整合燃料电池各方面优势，带动燃料电池产业链的延伸。同时政府还应给予相关的示范应用配套设施，并且支持对燃料电池相关产业链予以培育等，以加快燃料电池车示范运营相关的法规、标准的制定和加氢站等配套设施的建设，推动燃料电池汽车的载客示范运营。有政府的大力支持，氢能汽车一定能成为朝阳产业。

参考资料