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氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續(xù)的新能源，有助于解決能源危機、環(huán)境污染等問題，是人類的戰(zhàn)略能源發(fā)展方向。
氫能是一種公認的清潔能源，具有重量輕、儲量豐富、燃燒性能好等特點。交通，正是其最重要的應用場景之一。
氫能是氫的化學能，氫在地球上主要以化合態(tài)的形式出現(xiàn)，是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%，二次能源。工業(yè)上生產(chǎn)氫的方式很多，常見的有水電解制氫、煤炭氣化制氫、重油及天然氣水蒸氣催化轉(zhuǎn)化制氫等。
簡介
化學元素氫(H——Hydrogen)，在元素周期表中位于第一位，它是所有原子中最小的。眾所周知，氫分子與氧分子化合成水，氫通常的單質(zhì)形態(tài)是氫氣（H2），它是無色無味，極易燃燒的雙原子的氣體，氫氣是密度最小的氣體。在標準狀況（0攝氏度和一個大氣壓）下，每升氫氣只有0.0899克重——僅相當于同體積空氣質(zhì)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(zhì)量的84%，宇宙質(zhì)量的75%都是氫。[1]氫具有高揮發(fā)性、高能量，是能源載體和燃料，同時氫在工業(yè)生產(chǎn)中也有廣泛應用。現(xiàn)在工業(yè)每年用氫量為5500億立方米，氫氣與其它物質(zhì)一起用來制造氨水和化肥，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(yè)中。液態(tài)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臺上成為一種舉足輕重的二次能源。它是一種極為優(yōu)越的新能源，其主要優(yōu)點有：燃燒熱值高，每千克氫燃燒后的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最干凈的能源。資源豐富，氫氣可以由水制取，而水是地球上最為豐富的資源，演繹了自然物質(zhì)循環(huán)利用、持續(xù)發(fā)展的經(jīng)典過程。
二次能源是聯(lián)系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”。由于目前“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(xiàn)代交通運輸工具就無法直接使用從發(fā)電廠輸出來的電能，只能采用像柴油、汽油這一類“含能體能源”?？梢姡^程性能源和含能體能源是不能互相替代的，各有自己的應用范圍。隨著，人們將目光也投向?qū)で笮碌摹昂荏w能源”，作為二次能源的電能，可從各種一次能源中生產(chǎn)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(chǎn)電能。而作為二次能源的汽油和柴油等則不然，生產(chǎn)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(guī)能源危機的出現(xiàn)、在開發(fā)新的二次能源的同時人們期待的新的二次能源。
特點
氫位于元素周期表之首，它的原子序數(shù)為1，在常溫常壓下為氣態(tài)，在超低溫高壓下又可成為液態(tài)。作為能源，氫有以下特點：
?。╨）所有元素中，氫重量最輕。在標準狀態(tài)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(shù)百個大氣壓，液氫就可變?yōu)楣腆w氫。
?。?）所有氣體中，氫氣的導熱性最好，比大多數(shù)氣體的導熱系數(shù)高出10倍，因此在能源工業(yè)中氫是極好的傳熱載體。
?。?）氫是自然界存在最普遍的元素，據(jù)估計它構(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。
?。?）氫燃燒性能好，點燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍，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(chǎn)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(huán)境有害的污染物質(zhì)，少量的氨氣經(jīng)過適當處理也不會污染環(huán)境，而且燃燒生成的水還可繼續(xù)制氫，反復循環(huán)使用。
?。?）氫能利用形式多，既可以通過燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動機中產(chǎn)生機械功，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。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)燃機稍加改裝即可使用。
?。?）氫可以以氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)的氫化物出現(xiàn)，能適應貯運及各種應用環(huán)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(guī)模的商業(yè)應用還有待解決以下關(guān)鍵問題：
廉價的制氫技術(shù)：因為氫是一種二次能源，它的制取不但需要消耗大量的能量，而且目前制氫效率很低，因此尋求大規(guī)模的廉價的制氫技術(shù)是各國科學家共同關(guān)心的問題。
安全可靠的貯氫和輸氫方法由于氫易氣化、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(fā)氫能的關(guān)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臺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制取的，而不象煤、石油和天然氣等可以直接從地下開采。在自然界中，氫易和氧結(jié)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(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)換成的電支分解水制氫，那顯然是劃不來的。現(xiàn)在看來，高效率的制氫的基本途徑，是利用太陽能。如果能用太陽能來制氫，那就等于把無窮無盡的、分散的太陽能轉(zhuǎn)變成了高度集中的干凈能源了，其意義十分重大。目前利用太陽能分解水制氫的方法有太陽能熱分解水制氫、太陽能發(fā)電電解水制氫、陽光催化光解水制氫、太陽能生物制氫等等。利用太陽能制氫有重大的現(xiàn)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(shù)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，并且也已取得了多方面的進展。因此在以后，以太陽能制得的氫能，將成為人類普遍使用的一種優(yōu)質(zhì)、干凈的燃料。
前景
氫是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)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(nèi)燃機節(jié)油40%。目前，氫能技術(shù)在美國、日本、歐盟等國家和地區(qū)已進入系統(tǒng)實施階段。美國政府已明確提出氫計劃，宣布今后4年政府將撥款17億美元支持氫能開發(fā)。美國計劃到2040年美國每天將減少使用1100萬桶石油，這個數(shù)字正是現(xiàn)在美國每天的石油進口量。
通過氫氣和氧氣反應所產(chǎn)生的能量。氫能是氫的化學能，氫在地球上主要以化合態(tài)的形式出現(xiàn)，是宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，它構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%。由于氫氣必須從水、化石燃料等含氫物質(zhì)中制得，因此是二次能源。工業(yè)上生產(chǎn)氫的方式很多，常見的有水電解制氫、煤炭氣化制氫、重油及天然氣水蒸氣催化轉(zhuǎn)化制氫等。氫能具有以下主要優(yōu)點：燃燒熱值高，每千克氫燃燒后的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最干凈的能源。資源豐富，氫氣可以由水制取，而水是地球上最為豐富的資源。目前，氫能技術(shù)在美國、日本、歐盟等國家和地區(qū)已進入系統(tǒng)實施階段。
氫能作為一種清潔能源，其前景被廣泛看好，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
一、全球能源轉(zhuǎn)型的推動
在全球能源結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化的背景下，新能源產(chǎn)業(yè)正以前所未有的速度蓬勃發(fā)展。太陽能、風能等可再生能源的應用日益廣泛，而作為新能源產(chǎn)業(yè)中的重要分支，氫能因其零排放、能源效率高等特性，被視為“終極能源”之一。隨著全球能源轉(zhuǎn)型的加速推進和氫能技術(shù)的進步，氫能產(chǎn)業(yè)在全球范圍內(nèi)迅速崛起，成為全球能源領(lǐng)域投資增速最快的行業(yè)之一。
二、政策支持與產(chǎn)業(yè)規(guī)劃
近年來，中國高度重視氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，出臺了一系列支持政策。從國家層面的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃(2021—2035年)》到地方政府的氫能產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃，政策導向明確、支持力度大，為氫能產(chǎn)業(yè)的快速崛起提供了有力保障。此外，中共中央、國務院印發(fā)的《關(guān)于加快經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的意見》也明確提出，要推進氫能“制儲輸用”全鏈條發(fā)展，完善充（換）電站、加氫（醇）站等基礎設施網(wǎng)絡，建立健全氫能制儲輸用標準。這些政策為氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展指明了方向，提供了廣闊的發(fā)展空間。
三、市場需求持續(xù)增長
隨著氫能技術(shù)的不斷成熟和應用領(lǐng)域的不斷拓展，氫能市場需求持續(xù)增長。在交通領(lǐng)域，氫能汽車依靠其長續(xù)航、快速加注的特點，正逐漸成為未來綠色出行的重要選擇。在工業(yè)領(lǐng)域，氫能可以作為原料和能源，推動工業(yè)生產(chǎn)的綠色化轉(zhuǎn)型，降低碳排放。在建筑領(lǐng)域，氫能則可以通過燃料電池等方式，為建筑提供清潔、穩(wěn)定的電力供應。此外，氫能還在儲能、發(fā)電等多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應用潛力。
四、產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善
目前，我國已基本構(gòu)建了較為完整的制氫、儲運、加注和應用的氫能產(chǎn)業(yè)鏈。產(chǎn)業(yè)鏈上游主要為制氫環(huán)節(jié)，其中化石能源重整制氫歷史悠久，技術(shù)路線成熟高效，可大規(guī)模穩(wěn)定制備。下游為氫能應用環(huán)節(jié)，氫能的應用已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)能源的各個方面，包括軌道交通、新能源汽車、船舶、航空航天、冶金、化工、能源、電子、家用供電供暖等多個領(lǐng)域。隨著氫能產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善，氫能產(chǎn)業(yè)的整體競爭力和市場影響力將不斷提升。
五、技術(shù)創(chuàng)新與成本降低
氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開技術(shù)創(chuàng)新的支持。近年來，我國在氫能儲運技術(shù)方面取得了顯著進展，隨著技術(shù)的不斷突破和研發(fā)力度的加大，國產(chǎn)儲運技術(shù)將逐漸成熟，具備了與國際先進水平競爭的能力。同時，通過技術(shù)進步和規(guī)?；a(chǎn)，氫能的生產(chǎn)成本也將逐步降低，這將進一步推動氫能產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化進程。
六、國際合作與交流
政府、行業(yè)企業(yè)和相關(guān)各方還積極推動氫能產(chǎn)業(yè)與國際市場的接軌，加強與國際氫能領(lǐng)域的交流合作。通過引進國外先進技術(shù)和管理經(jīng)驗，提升我國氫能產(chǎn)業(yè)的國際競爭力，推動氫能產(chǎn)業(yè)走向全球。
綜上所述，氫能前景廣闊，隨著全球能源轉(zhuǎn)型的加速推進、政策支持力度的加大、市場需求的持續(xù)增長、產(chǎn)業(yè)鏈的逐步完善以及技術(shù)創(chuàng)新與成本降低的推動，氫能產(chǎn)業(yè)有望迎來更加蓬勃的發(fā)展。
行業(yè)發(fā)展
氫能被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，人類對氫能應用?00年前就產(chǎn)生了興趣，到20世紀70年代以來，世界上許多國家和地區(qū)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(shù)研究中心就提出了“氫經(jīng)濟”的概念。1976年美國斯坦福研究院就開展了氫經(jīng)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(jīng)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(xù)的新能源，被視為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉?，是人類的?zhàn)略能源發(fā)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(yè)化的方面已經(jīng)出現(xiàn)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(fā)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(yè)船上的應用已經(jīng)成為焦點。
中國對氫能的研究與發(fā)展可以追溯到20世紀60年代初，中國科學家為發(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)進行開發(fā)，則是從20世紀70年代開始的?，F(xiàn)在，為進一步開發(fā)氫能，推動氫能利用的發(fā)展，氫能技術(shù)已被列入《科技發(fā)展“十五”計劃和2015年遠景規(guī)劃（能源領(lǐng)域）》。
氫燃料電池技術(shù)，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(fā)和應用的重要基地，包括上汽、上海神力、同濟大學等企業(yè)、高校，也一直在從事研發(fā)氫燃料電池和氫能車輛。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車工業(yè)已經(jīng)成為中國的支柱產(chǎn)業(yè)之一。2007年中國已成為世界第三大汽車生產(chǎn)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，約占中國石油總需求量的1/4。在能源供應日益緊張的今天，發(fā)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(fā)動機的關(guān)鍵技術(shù)基本已經(jīng)被突破，但是還需要更進一步對燃料電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)進行改進、提升，使產(chǎn)業(yè)化技術(shù)成熟。這個階段需要政府加大研發(fā)力度的投入，以保證中國在燃料電池發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)方面的水平和領(lǐng)先優(yōu)勢。這包括對掌握燃料電池關(guān)鍵技術(shù)的企業(yè)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(guān)鍵原材料、零部件國產(chǎn)化、批量化生產(chǎn)的支持，不斷整合燃料電池各方面優(yōu)勢，帶動燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈的延伸。同時政府還應給予相關(guān)的示范應用配套設施，并且支持對燃料電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈予以培育等，以加快燃料電池車示范運營相關(guān)的法規(guī)、標準的制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(chǎn)業(yè)。
開發(fā)利用
利用方面
氫能利用方面很多，有的已經(jīng)實現(xiàn)，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
1869年俄國著名學者門捷列夫整理出化學元素周期表，他把氫元素放在周期表的首位，此后從氫出發(fā)，尋找與氫元素之間的關(guān)系，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，制造了世界上第一艘“LZ—127齊柏林”號飛艇，首次把人們從德國運送到南美洲，實現(xiàn)了空中飛渡大西洋的航程。大約經(jīng)過了十年的運行，航程16萬多公里，使1.3萬人領(lǐng)受了上天的滋味，這是氫氣的奇跡。
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(fā)動機，實現(xiàn)了氫能飛機上天。特別是1957前蘇聯(lián)宇航員加加林乘坐人造地球衛(wèi)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(xiàn)了人類首次登上月球的創(chuàng)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(yè)運營的日子已為時不遠。過去帝王的夢想將被現(xiàn)代的人們實現(xiàn)。
氫動力汽車
以氫氣代替汽油作汽車發(fā)動機的燃料，已經(jīng)過日本、美國、德國等許多汽世公司的試驗，技術(shù)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(chǎn)生的能量為33.6千瓦小時，幾乎等于汽車燃燒的2.8倍。氫氣燃燒不僅熱值高，而且火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?，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，只有極少的氮氫化物，絕對沒有汽油燃燒時產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化硫等污染環(huán)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(fā)動機冷卻水和尾氣余熱提供?，F(xiàn)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(fā)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(jié)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后，再推廣全燃氫汽車。德國奔馳汽車公司已陸續(xù)推出各種燃氫汽車，其中有面包車、公共汽車、郵政車和小轎車。以燃氫面包車為例，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(xù)行車130多公里。德國奔馳公司制造的摻氫汽車，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(qū)工作，能改善整個發(fā)動機的燃燒狀況。在中國許當城市交通擁擠，汽車發(fā)動機多處于部分負荷下運行、采用摻氫汽車尤為有利。特別是有些工業(yè)余氫（如合成氨生產(chǎn)）未能回收利用，若作為摻氫燃料，其經(jīng)濟效益和環(huán)境效益都是可取的。
氫能發(fā)電
大型電站，無論是水電、火電或核電，都是把發(fā)出的電送往電網(wǎng)，由電網(wǎng)輸送給用戶。但是各種用電戶的負荷不同，電網(wǎng)有時是高峰，有時是低谷。為了調(diào)節(jié)峰荷、電網(wǎng)中常需要啟動快和比較靈活的發(fā)電站，氫能發(fā)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(fā)電機組。這種機組是火箭型內(nèi)燃發(fā)動機配以發(fā)電機，它不需要復雜的蒸汽鍋爐系統(tǒng)，因此結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，啟動迅速，要開即開，欲停即停。在電網(wǎng)低負荷時，還可吸收多余的電來進行電解水，生產(chǎn)氫和氧，以備高峰時發(fā)電用。這種調(diào)節(jié)作用對于用網(wǎng)運行是有利的。另外，氫和氧還可直接改變常規(guī)火力發(fā)電機組的運行狀況，提高電站的發(fā)電能力。例如氫氧燃燒組成磁流體發(fā)電，利用液氫冷卻發(fā)電裝置，進而提高機組功率等。
更新的氫能發(fā)電方式是氫燃料電池。這是利用氫和氧（成空氣）直接經(jīng)過電化學反應而產(chǎn)生電能的裝置。換言之，也是水電解槽產(chǎn)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(xiàn)已進入商業(yè)性開發(fā)，日本已建立萬千瓦級燃料電池發(fā)電站，美國有30多家廠商在開發(fā)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(fā)電方式已引起世界的關(guān)注。
燃料電池的簡單原最巧是將燃料的化學能直接轉(zhuǎn)換為電能，不需要進行燃燒，能源轉(zhuǎn)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(fā)電裝置很小，造價很高，主要用于宇航作電源?，F(xiàn)在已大幅度降價，逐步轉(zhuǎn)向地面應用。目前，燃料電池的種類很多，主要有以下幾種：
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11000千瓦的商用電站。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(fā)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(fā)電成本尚高，每千瓦小時約40～50美分。
融熔燃料
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(fā)電效率約55%，日本三菱公司已建成10千瓦級的發(fā)電裝置。這種燃料電池的電解質(zhì)是液態(tài)的，由于工作溫度高，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(fā)電成本每千瓦小時可低于40美分。
固體電池
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(fā)電效率可超過60%，目前不少國家在研究，它適于建造大型發(fā)電站，美國西屋公司正在進行開發(fā)，可望發(fā)電成本每千瓦小時低于20美分。
此外，還有幾種類型的燃料電池，如堿性燃料電池，運行溫度約200℃，發(fā)電效率也可高達60%，且不用貴金屬作催化劑，瑞典已開發(fā)200千瓦的一個裝置用于潛艇。美國最早用于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(fā)電效率高達75%，運行溫度低于100℃，但是必需以純氧作氧化劑。后來，美國又研制一種用于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(zhì)子交換膜燃料電池，發(fā)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，因此也是今后氫能利用的孿生兄弟。
isplay: none"> 家庭用氫
隨著制氫技術(shù)的發(fā)展和化石能源的缺少，氫能利用遲早將進入家庭，首先是發(fā)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。每個用戶則采用金屬氫化物貯罐將氫氣貯存，然后分別接通廚房灶具、浴室、氫氣冰箱、空調(diào)機等等，并且在車庫內(nèi)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系統(tǒng)，將給人們創(chuàng)造舒適的生活環(huán)境，減輕許多繁雜事務。
氫能在工業(yè)領(lǐng)域(如切割，焊接)，巳有非常長的歷史.特別是在首飾加工行業(yè)，有機玻璃制品火焰拋光，連鑄坯切割，制藥廠水針劑拉絲封口等領(lǐng)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(guān)注。從技術(shù)方面講，氫的使用是絕對安全的。氫在空氣中的擴散性很強，氫泄漏或燃燒時，可以很快地垂直升到空氣中并消失得無影無蹤，氫本身沒有毒性及放射性，不會對人體產(chǎn)生傷害，也不會產(chǎn)生溫室效應?？茖W家已經(jīng)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(jié)果氫氣作為燃料的汽車著火后，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(nèi)人員有較長得時間逃生，而天然燃料的汽車著火后，由于天然氣比空氣重，火焰向汽車四周蔓延，很快包圍了汽車，傷及車內(nèi)人員的安全。
氫能特點
安全環(huán)保
氫氣分子量為2，是空氣的1/14，因此，氫氣泄漏于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(gòu)成易燃易爆危險。無味無毒，不會造成人體中毒，燃燒產(chǎn)物僅為水，不污染環(huán)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，高于常規(guī)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
氫能來源于水，燃燒后又還原成水。
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(jié)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(jù)加熱物體的熔點實現(xiàn)焰溫的調(diào)節(jié)。
來源廣泛
氫氣可由水電解制取，水取之不盡，而且每kg水可制備1860升氫氧燃氣。
即產(chǎn)即用
利用先進的技術(shù)，由氫氧機按照用戶設定的按需供氣，不貯存氣體。
應用范圍
適合于一切需要燃氣的地方。
氫能儲存
氫能（Hydrogen Energy）是指氫和氧進行化學反應釋放出的化學能，是一種二次清潔能源，被譽為“21世紀終極能源”，也是在碳達峰、碳中和的大背景下，加速開發(fā)利用的一種清潔能源。氫的儲存是一個至關(guān)重要的技術(shù)，已經(jīng)成為氫能利用走向規(guī)?；钠款i。儲氫問題涉及氫生產(chǎn)、運輸、最終應用等所有環(huán)節(jié)，儲氫問題不解決，氫能的應用則難以推廣。氫是氣體，它的輸送和儲存比固體煤、液體石油更困難。一般而論，氫氣可以氣體、液體、化合物等形態(tài)儲存。氫的儲存方式主要有高壓氣態(tài)儲氫、低溫液態(tài)儲氫和儲氫材料儲氫等。
高壓氣態(tài)儲氫是最常用的氫氣儲存方式，也是最成熟的儲氫技術(shù)，氫氣被壓縮后在鋼瓶里以氣體形式儲存。應用較廣泛的是灌裝壓力為15.2MPa的儲氫鋼瓶，它是一種應用廣泛、簡便易行的儲氫方式，成本低，充放氣速度快，且在常溫下就可以進行。但是，它最大的弱點是單位質(zhì)量的儲氫密度只有1%（質(zhì)量分數(shù)）左右，無法滿足更高應用的要求。因此，需在滿足安全性的前提下，通過材料和結(jié)構(gòu)的改進來提高容器的儲氫壓力以增大儲氫密度，同時降低儲氫的成本，滿足商業(yè)應用。
低溫液態(tài)儲氫是指在在101kPa下，氫氣冷凍到-253℃以下即變?yōu)橐簯B(tài)氫。液化氫氣具有存儲效率高、能量密度大( 12~34MJ/kg)、成本高的特點。氫的液化需要消耗大量的能源。理論上，氫的液化消耗28.9kJ/mol能量，實際過程消耗的能量大約是理論值的2.5倍，每千克液態(tài)氫耗能在11.8MJ以上j因為液化溫度與室溫之間有200℃以上的溫差，加之液態(tài)氫的蒸發(fā)潛熱較小，所以不能忽略從容器滲進來的侵入熱量引起的液態(tài)氫的氣化。罐的表面積與半徑的二次方成正比，而液態(tài)氫的體積則與半徑的三次方成正比，所以由滲透熱量引起的大型罐的液態(tài)氫氣化比例要比小型罐的小。因此，液態(tài)儲氫的適用條件是存儲時間長、氣體量大、電價低廉。
氫能運輸
氫能的運輸主要包括壓縮氫氣的運輸、液態(tài)氫的運輸、利用儲氫介質(zhì)輸送、利用管道輸送和制造原料的輸送。壓縮氫氣的運輸是把氫氣壓縮成高壓氣體后進行的輸送，適用于往離站制氫型加氫站輸送的場合。該方法的特點是在輸送、儲存、消費過程中不發(fā)生相變，能量損失小，但一次輸送的量也比較少，因此適合距離較近、輸送量少的場合。如果是實驗室用等小規(guī)模場合，一般可采用氫氣瓶來輸送壓縮氫氣，而加氫站的場合則需要大規(guī)模的輸送方法，為此開發(fā)出了轉(zhuǎn)載大型高壓容器的牽引車。對牽引車輸送來說，重要的是一次可輸送的量，，但是行駛在普通道路上的牽引車的大小要受到道路交通法的限制，尤其是對質(zhì)量和大小的管制。由于鋼制容器過重，無法提高裝載量，正努力實現(xiàn)輕型化及高壓化，從而提高氫氣裝載量。
液態(tài)氫輸送的原理和壓縮氫氣差不多，主要區(qū)別是儲存罐裝的是液態(tài)氫，對保溫性能要求更高。因為液態(tài)氫制造時的液化效率低，因此會導致整體輸送的能量效率降低。另外，將液態(tài)氫從液氫罐轉(zhuǎn)移到加氫站儲氫罐里時，不能忽略把配管冷卻到液態(tài)氫溫度時的蒸發(fā)損失。此外，防止水蒸氣、氮氣、氧氣等可能聚集于液氫罐內(nèi)的物質(zhì)的混入也是很重要的?？梢钥闯觯斶\輸?shù)囊?guī)模較大時，有利于提高能量效率，降低運輸成本。
利用儲氫介質(zhì)輸送是利用儲氫技術(shù)把氫吸收于載體進行輸送的方法。但是上述的幾種儲氫載體的儲氫質(zhì)量百分比較低，意味著，運輸相同質(zhì)量的氫，該種方法總質(zhì)量更大。可知，運輸過程中為了降低運輸成本，質(zhì)量的重要性要高于體積，所以這是該方法的主要缺點。以有機氫化物為例介紹該種方法。通過一定的條件將氫氣與環(huán)己烷進行反應生成液態(tài)的苯，之后將苯儲存在油罐中，然后利用油罐車將苯運送到目的地，再通過一定的化學反應將苯進行脫氫分離得到氫氣。
管道輸送無論在成本上還是在能量消耗上都將是非常有利的方法。在大型工業(yè)聯(lián)合企業(yè)，氫氣的管道輸送已被實用化。人們正在研究發(fā)揮管道特色的新組合j例如，利用現(xiàn)有的城市煤氣管道輸送天然氣和氫氣的混合物，在加氫站里根據(jù)需要抽取提純氫氣的設想正在探討之中。如果把管道本身的壓力提高，則在加氫站里不需要壓縮機。由于氫氣的儲存輸送有著或多或少技術(shù)問題或者經(jīng)濟問題，所以可以直接把制氫原料運送到加氫站，然后制備氫氣直接進行使用或儲存。常見原料有各種烴類物質(zhì)、甲醇等，這些原料的運輸技術(shù)成熟，成本較低。但是要求加氫站的規(guī)模較大，才有較好的效益。
應用領(lǐng)域
江西省發(fā)改委、江西省能源局印發(fā)《江西省氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2023-2035年）》：統(tǒng)籌各地氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綜合條件和已有基礎，著力建設以“九江-南昌-吉安-贛州”為軸線的“贛鄱氫經(jīng)濟走廊”，貫通鏈接內(nèi)部、融入周邊的氫經(jīng)濟主動脈，北面融入長江經(jīng)濟帶，南面對接粵港澳大灣區(qū)，帶動東西兩翼各地結(jié)合自身優(yōu)勢積極發(fā)展氫能相關(guān)產(chǎn)業(yè)。
2023年，為加速氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，德國政府通過了更新版《國家氫能戰(zhàn)略》。
2024年3月21日上午，由中車長客股份公司自主研制的中國首列氫能源市域列車在位于長春的中車長客試驗線進行了運行試驗，列車成功以時速160公里滿載運行，實現(xiàn)全系統(tǒng)、全場景、多層級性能驗證，標志著氫能在軌道交通領(lǐng)域應用取得新突破。
發(fā)展現(xiàn)狀
氫能發(fā)展現(xiàn)狀可以從以下幾個方面進行概括：
全球氫氣產(chǎn)量持續(xù)增長：
根據(jù)國際能源署（IEA）的數(shù)據(jù)，全球氫氣總產(chǎn)量在近年來持續(xù)增長。2021年全球氫氣總產(chǎn)量（含合成氣）約為9400萬噸，2022年則增長至約9813萬噸。預計到2030年，全球氫氣產(chǎn)量有望突破15000萬噸。
可再生能源制氫裝機容量快速上漲：
隨著全球能源轉(zhuǎn)型的推進，可再生能源制氫受到越來越多國家的重視。截至2022年底，全球電解水制氫裝機容量達到近700MW，同比上漲22.9%。其中，ALK電解制氫技術(shù)占比近60%，PEM電解制氫技術(shù)占比超30%。
政策支持推動氫能發(fā)展：
各國政府紛紛制定氫能發(fā)展戰(zhàn)略，通過政策扶持和資金投入來推動氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。例如，美國政府為氫能源的研發(fā)與制造提供了豐厚的資金支持，各州政府也積極參與到氫能源的發(fā)展中。
氫能應用領(lǐng)域廣泛：
氫能作為一種清潔、高效的能源形式，在交通、電力、工業(yè)等多個領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。目前，已有數(shù)萬輛氫燃料電池汽車上路，同時氫能也在發(fā)電、冶金、化工等領(lǐng)域得到應用。
大型氫能項目不斷涌現(xiàn)：
全球范圍內(nèi)，多個大型氫能項目正在規(guī)劃和建設中。例如，歐洲的Brint0-氫島項目和NortH2項目，以及美國的多個氫氣生產(chǎn)設施。這些項目將進一步推動氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應用。
然而，氫能發(fā)展也面臨一些挑戰(zhàn)，如制造成本較高、基礎設施不完善等。未來，隨著技術(shù)的不斷進步和政策的持續(xù)扶持，氫能有望實現(xiàn)更廣泛的應用和更低成本的生產(chǎn)。
氫能源動力汽車
氫能源動力汽車是一種利用氫氣作為能源的汽車，它通過氫氣與氧氣在燃料電池中的化學反應產(chǎn)生電能，進而驅(qū)動電動機來推動車輛前進。以下是關(guān)于氫能源動力汽車的詳細介紹：
一、定義與分類
氫能源動力汽車，又稱為氫能汽車或氫燃料電池汽車（Fuel Cell Electric Vehicle, FCEV），是一種以氫為主要能量來源的移動汽車。根據(jù)動力系統(tǒng)的不同，氫能汽車可以分為氫內(nèi)燃機汽車（Hydrogen Internal Combustion Engine Vehicle, HICEV）和氫燃料電池車兩種類型。氫內(nèi)燃機汽車以內(nèi)燃機燃燒氫氣產(chǎn)生動力，而氫燃料電池車則是通過氫燃料電池產(chǎn)生電力，由電動機驅(qū)動車輛。
二、工作原理
氫燃料電池汽車的工作原理是將氫氣存儲在高壓罐中，通過燃料電池與空氣中的氧氣發(fā)生化學反應，產(chǎn)生電能和水。這個過程中，氫原子的電子被質(zhì)子交換膜阻隔，通過外電路從負極傳導到正極，成為電能驅(qū)動電動機。質(zhì)子則通過質(zhì)子交換膜與氧結(jié)合生成純凈水，實現(xiàn)了零排放。電能隨后經(jīng)過DC-DC整流后輸送到驅(qū)動器中，驅(qū)動器帶動汽車的機械傳動結(jié)構(gòu)，從而驅(qū)動汽車行駛。
三、優(yōu)點與缺點
優(yōu)點
1、環(huán)保：氫能源汽車產(chǎn)生的唯一副產(chǎn)品是水，無污染排放，對減少空氣污染和溫室氣體排放具有重要作用。
2、高效：氫能源汽車的能量轉(zhuǎn)換效率相對較高，理論上可以達到50%以上，遠高于內(nèi)燃機汽車的30%左右。
3、快速充電：氫能源汽車的加氫時間通常只需幾分鐘，相較于電動汽車的充電時間更短。
4、能源多樣性：氫氣可以通過多種途徑獲取，如水電解、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化等，有助于實現(xiàn)能源多元化。
缺點
1、基礎設施不足：目前，氫能源汽車的基礎設施（如加氫站）建設相對滯后，限制了其廣泛應用。
2、成本較高：氫能源汽車的生產(chǎn)成本和使用成本相對較高，目前尚無法大規(guī)模普及。
3、儲存運輸困難：氫氣的儲存和運輸相對于石油、天然氣等傳統(tǒng)能源較為復雜，需要特殊的設備和管道。
4、安全性問題：氫氣易燃易爆，需要在特定的條件下儲存和運輸，增加了使用風險。
四、發(fā)展現(xiàn)狀與未來展望
發(fā)展現(xiàn)狀
1、技術(shù)進步：隨著氫能源汽車技術(shù)的不斷創(chuàng)新，其燃料電池系統(tǒng)的性能不斷提升，續(xù)航里程和動力性能也得到了提高。
2、政策支持：多國政府出臺了一系列政策支持和優(yōu)惠措施，鼓勵氫能源汽車的發(fā)展和應用。
3、市場應用：氫能源汽車已經(jīng)在一些國家和地區(qū)得到了示范應用，如公共交通、出租車、物流等領(lǐng)域。
未來展望
1、技術(shù)突破：隨著技術(shù)的不斷進步，氫能源汽車的成本將進一步降低，性能將進一步提升，更加符合消費者的需求。
2、基礎設施建設：加氫站等基礎設施的建設將加快，為氫能源汽車的廣泛應用提供有力保障。
3、市場規(guī)模擴大：預計未來幾年內(nèi)，氫能源汽車的市場規(guī)模將大幅增長，成為新能源汽車領(lǐng)域的重要力量。
五、結(jié)論
氫能源動力汽車作為一種環(huán)保、高效的新型汽車，具有廣闊的發(fā)展前景。雖然目前仍面臨一些挑戰(zhàn)和問題，但隨著技術(shù)的不斷進步和政策的支持，其未來應用前景仍然樂觀。
生產(chǎn)方式
氫能的生產(chǎn)方式多種多樣，根據(jù)原料和工藝的不同，可以主要分為以下幾類：
一、化石能源制氫
1、煤制氫：
工藝：煤炭主要以水煤漿或煤粉的形式，經(jīng)氣化爐在1000℃以上的高溫條件下與氣化劑（蒸汽/氧氣）反應生成合成氣（H2+CO），CO與H2分離后CO經(jīng)水蒸氣變換轉(zhuǎn)變?yōu)镠2和CO2，再經(jīng)過脫除酸性氣體（CO2+SO2）以及氫氣PSA提純等工藝流程，得到高純度的氫氣。
特點：工藝成熟，成本低廉，但碳排放量大，不符合綠色低碳的發(fā)展要求。然而，在碳捕捉與封存（CCS）技術(shù)的支持下，煤制氫的碳排放問題有望得到緩解，形成“藍氫”。長期來看，煤制氫并非氫能發(fā)展的主流方向。
成本：受煤炭價格影響，短期內(nèi)煤制氫因成本低廉而具有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢。
2、天然氣制氫：
工藝：天然氣制氫主要通過甲烷蒸汽重整，在催化劑的作用下生成H2和CO，分離后再對CO變換，與水蒸氣反應生成CO2和H2。天然氣蒸氣重整制氫是傳統(tǒng)制氫工藝，技術(shù)成熟，廣泛應用于生產(chǎn)煉廠氫氣、純氫、合成氣和合成氨原料，是工業(yè)上最常用的制氫方法。
特點：高效、低污染，但天然氣原料成本占比較高，且我國天然氣資源相對匱乏，這限制了天然氣制氫在我國的發(fā)展。國外主要用氫和產(chǎn)氫國家如歐美日韓以天然氣制氫為主。
成本：天然氣制氫成本主要受天然氣價格影響，在我國占比約14%，成本8.96-16.8元/kg。
二、工業(yè)副產(chǎn)品制氫
1、工藝：利用工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的富含氫氣的尾氣進行回收提純，從而獲得氫氣。主要工業(yè)副產(chǎn)氫來源包括焦爐煤氣、氯堿尾氣、丙烷脫氫尾氣等。
2、特點：成本低、資源利用率高，但氫氣純度和供應量受工業(yè)生產(chǎn)過程影響較大。
3、成本：工業(yè)副產(chǎn)氫成本9.13-19.8元/kg。
三、電解水制氫
1、工藝：利用可再生能源或核能等電力資源，通過電解水反應生成氫氣和氧氣。電解水制氫技術(shù)主要包括堿性電解（ALK）、質(zhì)子交換膜電解（PEM）、固體氧化物電解（SOEC）和陰離子交換膜電解（AEM）等。
2、特點：具有零碳排放、可持續(xù)性強的優(yōu)點，是氫能發(fā)展的“終極路線”。
3、成本：電解水制氫成本主要受電力成本和設備成本影響。隨著可再生能源發(fā)電規(guī)模的擴大和發(fā)電成本的降低，電解水制氫成本有望大幅下降。同時，電解水制氫具有零碳排放的環(huán)保優(yōu)勢，符合綠色低碳的發(fā)展要求。
四、其他制氫方式
1、生物質(zhì)制氫：利用生物質(zhì)通過氣化、發(fā)酵等過程制取氫氣。這種方式具有可再生、低碳排放的特點，但目前技術(shù)尚不成熟，仍處于研發(fā)階段。
2、光解水制氫：通過太陽能光解水制氫，被認為是未來制取零碳氫氣的最佳途徑。然而，目前這項技術(shù)還處于實驗開發(fā)階段，尚未實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應用。
綜上所述，氫能的生產(chǎn)方式多種多樣，每種方式都有其特點和適用場景。未來隨著技術(shù)的不斷進步和政策的持續(xù)支持，氫能制取將呈現(xiàn)多元化、清潔化、高效化的發(fā)展趨勢。
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