氫能_百度百科
氫能
科技名詞定義
- 中文名稱：
- 氫能
- 英文名稱：
- hydrogenic energy;hydrogen energy
- 定義1：
- 氫原子在高溫高壓下聚變成一個氦原子反應所產生巨大的能量。 是人類社會未來極重要的能源。
- 所屬學科：
- 生態學（一級學科） ；生態系統生態學（二級學科）
- 定義2：
- 燃燒氫所獲取的能量。 氫燃燒時與空氣中的氧結合生成水，不會造成污染，而且放出的熱量是燃燒汽油放出熱量的2.8倍。
- 所屬學科：
- 資源科技（一級學科） ；能源資源學（二級學科）
本內容由全國科學技術名詞審定委員會審定公佈
什麼是氫能
化學元素氫(H——Hydrogen)，在元素週期表中位於第一位，它是所有原子中最細小的。 眾所周知，氫原子與氧原子化合成水，但氫通常的單質形態是氫氣（H2），它是無色無味，極易燃燒的雙原子的氣體，氫氣是最輕的氣體。 在0攝氏度和一個大氣壓下，每升氫氣只有0.0899克重——僅相當於同體積空氣重量的二十九分之二。 氫是宇宙中最常見的元素，氫及其同位素占到了太陽總質量的84%，宇宙質量的75%都是氫。 氫具有高揮發性、高能量，是能源載體和燃料，同時氫在工業生產中也有廣泛應用。 現在工業每年用氫量為5500億立方米，氫氣與其它物質一起用來製造氨水和化肥，同時也應用到汽油精煉工藝、玻璃磨光、黃金焊接、氣象氣球探測及食品工業中。液態氫可以作為火箭燃料，因為氫的液化溫度在－253℃。 氫能在二十一世紀有可能在世界能源舞台上成為一種舉足輕重的二次能源。 它是一種極為優越的新能源，其主要優點有：燃燒熱值高，每千克氫燃燒後的熱量，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，是世界上最乾淨的能源。 資源豐富，氫氣可以由水製取，而水是地球上最為豐富的資源，演義了自然物質循環利用、持續發展的經典過程。
氫能簡介
二次能源是聯繫一次能源和能源用戶的中間紐帶。 二次能源又可分為“過程性能源”和“含能體能源”。 當今電能就是應用最廣的“過程性能源”；柴油、汽油則是應用最廣的“含能體能源”。 由於目前“過程性能源”尚不能大量地直接貯存，因此汽車、輪船、飛機等機動性強的現代交通運輸工具就無法直接使用從發電廠輸出來的電能，只能採用像柴油、汽油這一類“含能體能源”。 可見，過程性能源和含能體能源是不能互相替代的，各有自己的應用範圍。 隨著，人們將目光也投向尋求新的“含能體能源”，作為二次能源的電能，可從各種一次能源中生產出來，例如煤炭、石油、天然氣、太陽能、風能、水力、潮汐能、地熱能、核燃料等均可直接生產電能。 而作為二次能源的汽油和柴油等則不然，生產它們幾乎完全依靠化石燃料。 隨著化石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。 氫能正是一種在常規能源危機的出現、在開發新的二次能源的同時人們期待的新的二次能源。
特點
氫位於元素週期表之首，它的原子序數為1，在常溫常壓下為氣態，在超低溫高壓下又可成為液態。 作為能源，氫有以下特點： （l）所有元素中，氫重量最輕。 在標準狀態下，它的密度為0.0899g/l；在-252.7°C時，可成為液體，若將壓力增大到數百個大氣壓，液氫就可變為固體氫。 （2）所有氣體中，氫氣的導熱性最好，比大多數氣體的導熱係數高出10倍，因此在能源工業中氫是極好的傳熱載體。 （3）氫是自然界存在最普遍的元素，據估計它構成了宇宙質量的75％，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態貯存於水中，而水是地球上最廣泛的物質。 據推算，如把海水中的氫全部提取出來，它所產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，是汽油發熱值的3倍。 （5）氫燃燒性能好，點燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃範圍，而且燃點高，燃燒速度快。 （6）氫本身無毒，與其他燃料相比氫燃燒時最清潔，除生成水和少量氨氣外不會產生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等對環境有害的污染物質，少量的氨氣經過適當處理也不會污染環境巨，而且燃燒生成的水還可繼續制氫，反复循環使用。 （7）氫能利用形式多，既可以通過燃燒產生熱能，在熱力發動機中產生機械功，又可以作為能源材料用於燃料電池，或轉換成固態氫用作結構材料。 用氫代替煤和石油，不需對現有的技術裝備作重大的改造現在的內燃機稍加改裝即可使用。 （8）氫可以以氣態、液態或固態的氫化物出現，能適應貯運及各種應用環境的不同要求。 由以上特點可以看出氫是一種理想的新的含能體能源。 目前液氫已廣泛用作航天動力的燃料，但氫能的大規模的商業應用還有待解決以下關鍵問題： 廉價的製氫技術：因為氫是一種二次能源，它的製取不但需要消耗大量的能量，而且目前製氫效率很低，因此尋求大規模的廉價的製氫技術是各國科學家共同關心的問題。 安全可靠的貯氫和輸氫方法由於氫易氣化、著火、爆炸，因此如何妥善解決氫能的貯存和運輸問題也就成為開發氫能的關鍵。 許多科學家認為，氫能在二十一世紀有可能在世界能源舞台上成為一種舉足輕重的二次能源。 氫能是一種二次能源，因為它是通過一定的方法利用其它能源製取的，而不像煤、石油和天然氣等可以直接從地下開採。 在自然界中，氫易和氧結合成水，必須用電分解的方法把氫從水中分離出來。 如果用煤、石油和天然氣等燃燒所產生的熱轉換成的電支分解水製氫，那顯然是劃不來的。 現在看來，高效率的製氫的基本途徑，是利用太陽能。 如果能用太陽能來製氫，那就等於把無窮無盡的、分散的太陽能轉變成了高度集中的干淨能源了，其意義十分重大。 目前利用太陽能分解水製氫的方法有太陽能熱分解水製氫、太陽能發電電解水製氫、陽光催化光解水製氫、太陽能生物製氫等等。 利用太陽能製氫有重大的現實意義，但這卻是一個十分困難的研究課題，有大量的理論問題和工程技術問題要解決，然而世界各國都十分重視，投入不少的人力、財力、物力，並且也已取得了多方面的進展。 因此在以後，以太陽能製得的氫能，將成為人類普遍使用的一種優質、乾淨的燃料。前景
氫是宇宙中分佈最廣泛的物質，它構成了宇宙質量的75%，因此氫能被稱為人類的終極能源。 水是氫的大“倉庫”，如把海水中的氫全部提取出來，將是地球上所有化石燃料熱量的9000倍。 氫的燃燒效率非常高，只要在汽油中加入4%的氫氣，就可使內燃機節油40%。 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。 美國政府已明確提出氫計劃，宣布今後4年政府將撥款17億美元支持氫能開發。 美國計劃到2040年美國每天將減少使用1100萬桶石油，這個數字正是現在美國每天的石油進口量。 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，是宇宙中分佈最廣泛的物質，它構成了宇宙質量的75%。 由於氫氣必須從水、化石燃料等含氫物質中製得，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、煤炭氣化製氫、重油及天然氣水蒸氣催化轉化製氫等。 氫能具有以下主要優點：燃燒熱值高，每千克氫燃燒後的熱量，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，是世界上最乾淨的能源。 資源豐富，氫氣可以由水製取，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。氫能行業發展概況
氫能被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源，人類對氫能應用自200年前就產生了興趣，到20世紀70年代以來，世界上許多國家和地區就廣泛開展了氫能研究。 早在1970年，美國通用汽車公司的技術研究中心就提出了“氫經濟”的概念。 1976年美國斯坦福研究院就開展了氫經濟的可行性研究。 20世紀90年代中期以來多種因素的匯合增加了氫能經濟的吸引力。 這些因素包括：持久的城市空氣污染、對較低或零廢氣排放的交通工具的需求、減少對外國石油進口的需要、CO2排放和全球氣候變化、儲存可再生電能供應的需求等。 氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續的新能源，被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源，是人類的戰略能源發展方向。 世界各國如冰島、中國、德國、日本和美國等不同的國家之間在氫能交通工具的商業化的方面已經出現了激烈的競爭。 雖然其它利用形式是可能的（例如取暖、烹飪、發電、航行器、機車），但氫能在小汽車、卡車、公共汽車、出租車、摩托車和商業船上的應用已經成為焦點。 中國對氫能的研究與發展可以追溯到20世紀60年代初，中國科學家為發展本國的航天事業，對作為火箭燃料的液氫的生產、H2／O2燃料電池的研製與開發進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進行開發，則是從20世紀70年代開始的。 現在，為進一步開發氫能，推動氫能利用的發展，氫能技術已被列入《科技發展“十五”計劃和2015年遠景規劃（能源領域）》。 氫燃料電池技術，一直被認為是利用氫能，解決未來人類能源危機的終極方案。 上海一直是中國氫燃料電池研發和應用的重要基地，包括上汽、上海神力、同濟大學等企業、高校，也一直在從事研發氫燃料電池和氫能車輛。 隨著中國經濟的快速發展，汽車工業已經成為中國的支柱產業之一。 2007年中國已成為世界第三大汽車生產國和第二大汽車市場。 與此同時，汽車燃油消耗也達到8000萬噸，約佔中國石油總需求量的1/4。 在能源供應日益緊張的今天，發展新能源汽車已迫在眉睫。 用氫能作為汽車的燃料無疑是最佳選擇。 雖然燃料電池發動機的關鍵技術基本已經被突破，但是還需要更進一步對燃料電池產業化技術進行改進、提升，使產業化技術成熟。 這個階段需要政府加大研發力度的投入，以保證中國在燃料電池發動機關鍵技術方面的水平和領先優勢。 這包括對掌握燃料電池關鍵技術的企業在資金、融資能力等方面予以支持。 除此之外，國家還應加快對燃料電池關鍵原材料、零部件國產化、批量化生產的支持，不斷整合燃料電池各方面優勢，帶動燃料電池產業鏈的延伸。 同時政府還應給予相關的示範應用配套設施，並且支持對燃料電池相關產業鏈予以培育等，以加快燃料電池車示范運營相關的法規、標準的製定和加氫站等配套設施的建設，推動燃料電池汽車的載客示范運營。 有政府的大力支持，氫能汽車一定能成為朝陽產業。氫能的開發與利用
氫能利用各方面
氫能利用方面很多，有的已經實現，有的人們正在努力追求。 為了達到清潔新能源的目標，氫的利用將充滿人類生活的方方面面，我們不妨從古到今，把氫能的主要用途簡要敘述一下。依靠氫能可上天
古代，秦始皇統一中國，他想長生不老，曾積極支持煉丹術。 其實煉丹術士最早接觸的就是氫的金屬化合物。 無奈多少帝王夢想長生不老，或幻想遨游太空，都受當時的科學技術水平所限，真是登天無梯。 到後來，1869年俄國著名學者門捷列夫整理出化學元素週期表，他把氫元素放在周期表的首位，此後從氫出發，尋找與氫元素之間的關係，為眾多的元素打下了基礎，人們則氫的研究和利用也就更科學化了。 至1928年，德國齊柏林公司利用氫的巨大浮力，製造了世界上第一艘“LZ—127齊柏林”號飛艇，首次把人們從德國運送到南美洲，實現了空中飛渡大西洋的航程。 大約經過了十年的運行，航程16萬多公里，使1.3萬人領受了上天的滋味，這是氫氣的奇蹟。 然而，更先進的是本世紀50年代，美國利用液氫作超音速和亞音速飛機的燃料，使B57雙引擎輟炸機改裝了氫發動機，實現了氫能飛機上天。 特別是1957前蘇聯宇航員加加林乘坐人造地球衛星遨游太空和1963年美國的宇宙飛船上天，緊接著1968年阿波羅號飛船實現了人類首次登上月球的創舉。 這一切都依靠著氫燃料的功勞。 面向科學的21世紀，先進的高速遠程氫能飛機和宇航飛船，商業運營的日子已為時不遠。 過去帝王的夢想將被現代的人們實現。利用氫能可開車
以氫氣代替汽油作汽車發動機的燃料，已經過日本、美國、德國等許多汽世公司的試驗，技術是可行的，目前主要是廉價氫的來源問題。 氫是一種高效燃料，每公斤氫燃燒所產生的能量為33.6千瓦小時，幾乎等於汽車燃燒的2.8倍。 氫氣燃燒不僅熱值高，而且火焰傳播速度快，點火能量低（容易點著），所以氫能汽車比汽油汽車總的燃料利用效率可高20％。 當然，氫的燃燒主要生成物是水，只有極少的氮氧化物，絕對沒有汽油燃燒時產生的一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等污染環境的有害成分。 氫能汽車是最清潔的理想交通工具。 氫能汽車的供氫問題，目前將以金屬氫化物為貯氫材料，釋放氫氣所需的熱可由發動機冷卻水和尾氣餘熱提供。 現在有兩種氫能汽車，一種是全燒氫汽車，另一種為氫氣與汽油混燒的摻氫汽車。 摻氫汽車的發動機只要稍加改變或不改變，即可提高燃料利用率和減輕尾氣污染。 使用摻氫5％左右的汽車，平均熱效率可提高15％，節約汽油30％左右。 因此，近期多使用摻氫汽車，待氫氣可以大量供應後，再推廣全燃氫汽車。 德國奔馳汽車公司已陸續推出各種燃氫汽車，其中有麵包車、公共汽車、郵政車和小轎車。 以燃氫麵包車為例，使用200公斤鈦鐵合金氫化物為燃料箱，代替65升汽油箱，可連續行車130多公里。 德國奔馳公司製造的摻氫汽車，可在高速公路上行駛，車上使用的儲氫箱也是鈦鐵合金氫化物。 摻氫汽車的特點是汽油和氫氣的混合燃料可以在稀薄的貧油區工作，能改善整個發動機的燃燒狀況。 在中國許當城市交通擁擠，汽車發動機多處於部分負荷下運行、採用摻氫汽車尤為有利。 特別是有些工業餘氫（如合成氨生產）未能回收利用，若作為摻氫燃料，其經濟效益和環境效益都是可取的。
燃燒氫氣能發電
大型電站，無論是水電、火電或核電，都是把發出的電送往電網，由電網輸送給用戶。 但是各種用電戶的負荷不同，電網有時是高峰，有時是低谷。 為了調節峰荷、電網中常需要啟動快和比較靈活的發電站，氫能發電就最適合搶演這個角色。 利用氫氣和氧氣燃燒，組成氫氧發電機組。 這種機組是火箭型內燃發動機配以發電機，它不需要復雜的蒸汽鍋爐系統，因此結構簡單，維修方便，啟動迅速，要開即開，欲停即停。 在電網低負荷時，還可吸收多餘的電來進行電解水，生產氫和氧，以備高峰時發電用。 這種調節作用對於用網運行是有利的。 另外，氫和氧還可直接改變常規火力發電機組的運行狀況，提高電站的發電能力。 例如氫氧燃燒組成磁流體發電，利用液氫冷卻發電裝置，進而提高機組功率等。 更新的氫能發電方式是氫燃料電池。 這是利用氫和氧（成空氣）直接經過電化學反應而產生電能的裝置。 換言之，也是水電解槽產生氫和氧的逆反應。 70年代以來，日美等國加緊研究各種燃料電池，現已進入商業性開發，日本已建立萬千瓦級燃料電池發電站，美國有30多家廠商在開發燃料電池.德、英、法、荷、丹、意和奧地利等國也有20多家公司投入了燃料電池的研究，這種新型的發電方式已引起世界的關注。 燃料電池的簡單原最巧是將燃料的化學能直接轉換為電能，不需要進行燃燒，能源轉換效率可達60%—80%，而且污染少，噪聲小，裝置可大可小，非常靈活。 最早，這種發電裝置很小，造價很高，主要用於宇航作電源。 現在已大幅度降價，逐步轉向地面應用。 目前，燃料電池的種類很多，主要有以下幾種：
磷酸鹽型燃料電池
磷酸鹽型燃料電池是最早的一類燃料電池，工藝流程基本成熟，美國和日本已分別建成4500千瓦及11 000千瓦的商用電站。 這種燃料電池的操作溫度為200℃，最大電流密度可達到150毫安/平方厘米，發電效率約45％，燃料以氫、甲醇等為宜，氧化劑用空氣，但催化劑為鉑系列，目前發電成本尚高，每千瓦小時約40～50美分。融熔碳酸鹽型燃料電池
融熔碳酸鹽型燃料電池一般稱為第二代燃料電池，其運行溫度650℃左右，發電效率約55％，日本三菱公司已建成10千瓦級的發電裝置。 這種燃料電池的電解質是液態的，由於工作溫度高，可以承受一氧化碳的存在，燃料可用氫、一氧化碳、天然氣等均可。 氧化劑用空氣。 發電成本每千瓦小時可低於40美分。固體氧化物型燃料電池
固體氧化物型燃料電池被認為是第三代燃料電池，其操作溫度1000℃左右，發電效率可超過60%，目前不少國家在研究，它適於建造大型發電站，美國西屋公司正在進行開發，可望發電成本每千瓦小時低於20美分。 此外，還有幾種類型的燃料電池，如鹼性燃料電池，運行溫度約200℃，發電效率也可高達60%，且不用貴金屬作催化劑，瑞典已開發200千瓦的一個裝置用於潛艇。 美國最早用於阿波羅飛船的一種小型燃料電池稱為美國型，實為離子交換膜燃料電池，它的發電效率高達75%，運行溫度低於100℃，但是必需以純氧作氧化劑。 後來，美國又研製一種用於氫能汽車的燃料電池，充一次氫可行300公里，時速可達100公里，這是一種可逆式質子交換膜燃料電池，發電效率最高達80％。 燃料電池理想的燃料是氫氣，因為它是電解制氫的逆反應。 燃料電池的主要用途除建立固定電站外，特別適合作移動電源和車船的動力，因此也是今後氫能利用的孿生兄弟。
家庭用氫真方便
隨著制氫技術的發展和化石能源的缺少，氫能利用遲早將進入家庭，首先是發達的大城市，它可以像輸送城市煤氣一樣，通過氫氣管道送往千家萬戶。 每個用戶則採用金屬氫化物貯罐將氫氣貯存，然後分別接通廚房灶具、浴室、氫氣冰箱、空調機等等，並且在車庫內與汽車充氫設備連接。 人們的生活靠一條氫能管道，可以代替煤氣、暖氣甚至電力管線，連汽車的加油站也省掉了。 這樣清潔方便的氫能係統，將給人們創造舒適的生活環境，減輕許多繁雜事務 氫能在工業領域(如切割,焊接),巳有非常長的歷史. 特別是在首飾加工行業, 有機玻璃製品火焰拋光, 連鑄坯切割,製藥廠水針劑拉絲封口等領域的應用非常普及. 作為新能源，其安全性受到人們的普遍關注。 從技術方面講，氫的使用是絕對安全的。 氫在空氣中的擴散性很強，氫洩漏或燃燒時，可以很快地垂直升到空氣中並消失得無影無踪，氫本身沒有毒性及放射性，不會對人體產生傷害，也不會產生溫室效應。 科學家已經做過大量的氫能安全試驗，證明氫是安全的燃料。 如在汽車著火試驗中，分別將裝有氫氣和天然汽油燃料罐點燃，結果氫氣作為燃料的汽車著火後，氫氣劇烈燃燒，但火焰總是向上沖，對汽車的損壞比較緩慢，車內人員有較長得時間逃生，而天然燃料的汽車著火後，由於天然氣比空氣重，火焰向汽車四周蔓延，很快包圍了汽車，傷及車內人員的安全。
氫能的特點
安全環保
氫氣分子量為2, 比空氣輕1/14, 因此，氫氣洩漏於空氣中會自動逃離地面，不會形成聚集。 而其他燃油燃氣均會聚集地面而構成易燃易爆危險。 無味無毒，不會造成人體中毒，燃燒產物僅為水，不污染環境。高溫高能
1kg氫氣的熱值為34000Kcal, 是汽油的三倍。 氫氧焰溫度高達2800度，高於常規液氣。熱能集中
氫氧焰火焰挺直，熱損失小，利用效率高。自動再生
氫能來源於水，燃燒後又還原成水。催化特性
氫氣是活性氣體催化劑，可以與空氣混合方式加入催化燃燒所有固體，液體、氣體燃料。 加速反應過程，促進完全燃燒，達到提高焰溫、節能減排之功效。還原特性
各種原料加氫精煉.變溫特性
可根據加熱物體的熔點實現焰溫的調節。來源廣泛
氫氣可由水電解制取，水取之不盡，而且每kg水可製備1860升氫氧燃氣。即產即用
利用先進的自動控制技術，由氫氧機按照用戶設定的按需供氣，不貯存氣體。應用範圍廣
適合於一切需要燃氣的地方。- 擴展閱讀：
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