氢能：清洁高效的能源李亚光20161103氢能——理想的二次能源氢是一种清洁的能量载体，与电能一样，没有直接的资源蕴藏，都需要从别的一次能源转化得到，所以，氢能是一种二次能源普遍存在，存在形式多样，是宇宙中最丰富的物质，占宇宙质量的75%氢的最大来源是水，根据计算，9吨水可以生产出1吨氢（及8吨氧），而氢与氧的燃烧产物就是水，水可以再生。因而，利用水制氢可使氢的制取和利用实现良性循环，取之不尽。无毒、无污染燃烧性能好；燃烧热值最高(1.21~1.43)105kJ/kg(汽油的3倍，焦碳的4.5倍)导热性最好的气体—热泵氢能经济的构想美国：启动氢能发展计划生物质制氢，太阳能制氢欧洲：氢能电动汽车．生物质制氢，太阳能制氢日本：氢能电动汽车光生物制氢中国：氢能电动汽车生物质制氢，化石燃料制氢0.2L液H2/100km氢能经济的缘起——各国的氢能开发计划1.如何实现大规模地廉价制氢？—制氢2.如何经济、合理、安全地储存和输送氢？—储氢3.如何高效率、低成本地利用氢？—利用氢氢能技术的难点1.化石燃料制氢—目前主要的制氢方法成熟、廉价，但资源和环境问题并未解决2.生物质为原料制氢光合效率、水土面积、集中和储运成本等问题3.水分解制氢利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而，太阳能的收集、高品质热能和电能的产生方法，都是首先要解决的问题。制氢技术合成氨：50％石油精练：37％甲醇合成：8％全球年产氢：5000亿m3=0.446亿吨化石燃料制氢占96%(1)甲烷重整(SteamMethaneReformation,SMR)1、化石燃料制氢•SMR反应利用有机物高温下与水的反应，不仅自身脱氢，同时将水中的氢解放出来。•此法也适于生物质制氢。(2)天然气热解制氢•将天然气在裂解炉加热到1400℃，•关闭裂解炉使天然气发生裂解反应，产生氢气和碳黑。裂解炉CH4H2碳黑甲烷的部分氧化：CH4+O2→CO(g)+H2(g)(3)煤汽化：C(s)+H2O(g)→CO(g)+H2(g)(4)重油部分氧化CnHm+O2→CO（g）+H2（g）CnHm+H2O→CO（g）+H2（g）H2O+CO→CO2（g）+H2（g）2、生物质制氢1.23eV3、水分解制氢1.高温热解水制氢1eV=11605K水热分解时生成物与温度的关系1.1固体氧化物电解槽制氢:高温效率～90％高温工作（2000℃），部分电能由热能代替高温水蒸汽进入管状电解槽后，在内部的负电极处被分解为H和O-2。H+得到电子生成H2，而O-2则通过电解质ZrO2到达外部的阳极，生成O2。电解槽制备工艺较贵，处于研发阶段实际过程中必须将水加热到2000℃以上反应才有实际应用的可能。水裂解时会产生H、H2、O、O2、OH、HO2和H2O。需要进一步的分离。高温热电解水制氢的难点总结下来，一般会有以下三大问题：热源材料问题氢和氧的分离–由于水直接离解的温度在2000℃以上，热源本身就是个问题–有希望的热源只有太阳能和核聚变热，后者可能性大，但是工业化仍很遥远。热源陶瓷材料碳材料–由于温度太高，金属材料无法胜任–非金属材料，如陶瓷、碳材料等，可以在2000℃下工作，但是寿命问题还没有解决材料–由于反应的运行温度过高(>2500K)，如果不能及时、有效地分离氢和氧，极容易发生混合性爆炸。–可以采用分子膜的方法分离，也可以利用重力场，磁场等分离，但是目前还没有文献报道。分离电解法分离膜法分离1.2热化学制氢热化学循环反应制氢最初由美国肯塔基大学的J.E.Funk于1960年提出，其原理可用以下化学反应通式表示：式中的A、B称为循环试剂。利用分步加热法使反应不断循环进行，从而达到连续制氢的目的。逐级反应热化学制氢的优点热化学制氢具有以下显著的优点：能耗较低；较易实现工业化（反应温和）；可以直接利用反应堆的热能，省去发电步骤，效率高；另外，在热化学循环过程中氢气和氧气通常在不同的反应步骤中产生，因此不需要进行高温氢氧分离热化学制氢的历史1960美国肯塔基大学的J.E.Funk最早提出热化学循环反应制氢的原理。70年代初，麦凯迪和倍尼提出了MarkI型热化学制氢方案，并且估计效率可达55%左右。随后意大利、德国、美国、日本等都投入了这方面的研究，目前已有上百种热化学制氢循环。目前世界上较有发展前途的热化学-制氢循环主要有：基于硫-碘化合物的三步式热化学制氢循环(简称...