课里课外：漫话氢能源
2015-12-14 10:25:54| 分类：
第七单元
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氢能源是一种最洁净的可再生能源。世界上许多国家,特别是发达国家非常重视氢能的研究、开发和利用。事实说明，氢能在21世纪将成为一种重要的二次能源。
一、氢能源的开发利用概况
20世纪以后，世界上一些国家，特别是发达国家，不断进行研究、开发氢的制造、贮存、输送和利用技术获得了成功。氢气作为燃料，在用于交通运输、热能和动力生产中，不仅燃烧后没有CO、CO2、SO2及烟尘等污染物而且具有高效率和高效益的特点。随着制氢技术的发展，氢能无疑将成为其他新能源和可再生能源中的最佳能源而替代化石能源，成为21世纪最洁净的重要的能源。
二、氢气的特性及其资源
普通氢气是一种无色、无味、无臭、无毒的清洁气体，在相同条件下密度最小，难溶于水，液化较难，凝固点-259.14℃。氢气在空气中燃烧放出大量热，温度极高，可超过2000℃。液态氢可用作高能燃料，固态氢具有金属性，具有超导性能。
地球上自然界的氢元素大量贮存在于占地球表面积71％的江、河、湖、海中的水中，水中氢元素的质量分数为11.1%。氢在地球上储量极为丰富，如果能用适当的方法从水中大量制取氢气，氢气将成为一种廉价的洁净、高能的能源，取代日渐枯竭的化石能源。
三、氢气作为新能源的优点
氢能源是一种理想的二次能源，它有许多优点：①氢燃烧的发热量高，每千克氢气燃烧可产生约143000千焦的热量，大约是相同质量汽油燃烧热的3倍。燃烧温度区域宽，适应于多种用途。②燃烧产物是水，无毒，不污染环境，而且是自然循环，不破坏资源，是一种清洁的燃料。③制取氢气的原料是水，资源丰富，燃烧后又生成水，自然循环快。④可做太阳能、电能、核能的蓄存介质。⑤用途广泛，液氢可以作为发射火箭的燃料，用氢作燃料的汽车、飞机也在试运行。
四、五花八门的制氢气方法
常规的制氢气方法主要以天然气、石油、煤为原料，在高温下使之与水蒸气反应而制成的。当然，也可以采用电解水的方法制得氢气。但这些方法无论是从经济上还是从资源上来看，都是是不可取的。
发展中的新型制氢技术，将主要从以下几个方面来考虑：
1．用硫化氢制氢气。世界上有不少高纯度硫化氢矿和许多化工过程要求脱硫（多以硫化氢形态存在），在催化剂作用下，可以在回收硫黄的同时获得氢气。
2．用低电耗电解水方法制氢气。新型的用加煤粉电化学催化氧化法电解水制氢气，和常规的电解水制氢气相比，可降低电压和电耗一半以上。
3．用光化学的方法制氢气。利用太阳能中光子的能量使水分子分解而获得氢气。
4．用等离子化学制氢气。水以蒸汽形态在反应器中通过高频放电，使水分子外层失去电子而处于电离状态，与经电场加速的离子相互作用，进而分解为氢气和氧气。这种制氢气方法设备容积小，产氢气效率高，能量转换效率高达80％。
5．太阳能和原子能制氢气。利用聚焦太阳能得到的高温或核反应堆的热能来分解水制氢。
随着科学技术的进步和氢能系统技术的全面进展，氢能应用范围必将不断扩大，氢能将深入到人类活动的各个方面，也许在不久的将来，氢能源将走进千家万户，我们将用上氢能空调、氢能冰箱，或者坐氢能汽车、氢能火车、氢能飞机周游世界。 | |
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