学号：学年论文（设计）学院化学化工学院专业化学工程与工艺年级姓名论文（设计）题目氢能源的开发与应用前景展望指导教师职称副教授成绩2010年6月4日目录摘要 (1)ABSTRACT (1)1 氢能源简介 (1)2 新制备方法的研究 (2)2.1电解法制氢 (2)2.1.1 固态聚合物电解 (2)2.1.2 高温电解水蒸气制氢 (2)2.2分解法制氢 (2)2.2.1 硫化氢制氢 (2)2.2.2 热化学循环分解水 (3)2.2.3 生物分解水制氢 (3)2.2.4 从海水中制氢 (3)2.3其他新方法制氢 (4)2.3.1 固体生物质制氢 (4)2.3.2 硼氢化钠水解制氢 (4)2.3.3 生物制氢 (4)2.3.4 其他新方法 (4)3 新应用领域的开发 (5)3.1电力方面的应用 (5)3.1.1 863燃料电池城市客车 (5)3.1.2 氢气发电 (5)3.1.3 氢燃料电池 (6)3.2其他方面的应用 (6)3.2.1 良好的载能体 (6)3.2.2 家用氢能 (6)3.2.3 污水综合治理利用 (6)3.2.4 原子氢焰 (6)4 新储氢材料的研制 (7)4.1高压气态储存 (7)4.2低温液氢储存 (7)4.3金属氢化物储存 (7)5 结束语 (8)参考文献 (8)氢能源的开发与应用前景展望摘要：当前,氢能源的研究、开发和利用正受到越来越广泛的重视。

到21世纪中叶，氢能有可能将取代石油，成为最广泛使用的燃料之一。

随着人类社会能源开发的日益迫切，氢能源将成为一种人类所期待的清洁的二次能源。

本文将详细介绍目前氢能源的一些新的制备方法、新的应用领域以及新的储氢材料。

关键词：氢能源；开发与应用前景；氢能源的制备方法；氢能源的应用领域；储氢材料的研制Abstract:At present, the hydrogen energy research, development and utilization is being more and more extensive attention. To 21 centuries middle period, hydrogen could be replaced oil, become one of the most widely used of fuel. With the development of human society increasingly urgent energy, hydrogen will become a human to clean secondary energy. This will be detailed introduction of hydrogen at some new preparation methods, new applications and new hydrogen storage material.Key words: Hydrogen energy; The development and application prospect; The preparation methods of hydrogen energy; Hydrogen application fields; Hydrogen storage material按现在的开采速度估计，世界上的煤、石油、天燃气等化石能源将在几十年内逐渐枯竭，并带来严重的环境污染问题，从而造成冰雪消融，冰川退缩，全球气候变暖。

能源短缺和环境保护是21世纪经济发展和能源领域最重要的课题。

氢气燃烧性能好，热值高，应用广泛，适合于一切需要燃气的地方。

氢能源在二十一世纪很有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的二次能源。

它是一种极为优越的新能源。

1 氢能源简介用氢能作燃料已有多年，氢焊、火箭发动机等大量应用氢燃料，但把氢能作为新能源则是指把氢作为像煤油、天然气那样的通用能源使用]1[。

从常规能源的角度看，氢能源是作为燃料或能量的载体与别的物质发生化学反应或物理作用过程中(不包括原子核的变化)所交换的能量。

如果把氢的同位素氘、氚的聚变反应释放的能量也包括在内，氢能源的含义就更广了]2[。

氢能源是一种极为优越的新能源。

首先，石油、煤、天然气等资源有限，而氢气可用水作原料制取，来源广泛。

其次，燃烧放热多，放出的热约为同质量汽油的3倍。

再次，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环境污染物，少量氮化氢经过适当处理也不会污染环境，且燃烧生成的水可继续制氢，循环使用，利用率高。

产物水无腐蚀性，对设备无损耗]3[。

2 新制备方法的研究自然界中的氢主要存在于各种形态的化合物中，因此要获得数量巨大，价格低廉，环境友好型的氢，还有相当的难度。

但是，要想利用氢能，首先得通过化学反应制取氢气。

目前，制取氢气的方法比较多，如：水煤气法制氢、甲烷转化法制氢、化石原料制氢、碱水电解制氢、不完全燃烧法制氢等等。

下面介绍一些新的制氢工艺。

2.1 电解法制氢2.1.1 固态聚合物电解无机聚合物电解质(SPE)的使用，使由水制氢的设备发生了重大变革。

它使在两电极之间的固态膜取代具有腐蚀性的KOH电解液，在这种膜上有许多小孔，只允许氢离子(质子)通过，而电子不能通过。

研究表明，一些膜在燃料电池领域有很大的潜在用途，同样也可用在电解质上。

这些膜包括早期已经获得专利的Nafion膜(全氟磺酸)、碳纤维纸，以及所有用作质子交换膜( PEMs)的材料。

电极反应式如下：H2O-2e-＝2H++1/2O2(阳极反应)以及透过膜的质子：2H++2e-＝H2(阴极反应)]4[。

2.1.2 高温电解水蒸气制氢H2O(g)→H2(g)+1/2O2(g)；△rHm=241.8kJ/mol水的直接热分解温度高达几千度，而且分解率很低。

常温电解耗能高。

从1976年开始，原联邦德国进行水蒸气高温电解制氢的研究，并已达到成熟阶段。

据报道，这比常温电解水可节省电力20%。

尽管如此，其生产成本仍不能与水煤气法和甲烷转换法相竞争。

不过在有丰富水电和核电资源的地区，这种方法有可能实现工业化。

2.2 分解法制氢2.2.1 硫化氢制氢硫化氢的分解方法有：直接高温分解、催化热分解、电化学分解、光催化分解等。

在高温炉中直接高温分解H2S虽然在工业技术上相对较成熟，而且可处理高浓度的H2S原料，但从能源消耗和经济方面考虑是不可行的。

催化热分解法尚处于实验室研究阶段，目前催化剂的研究仍是一个重点，催化热分解受到化学平衡的影响，产氢率很低。

电化学法分解H2S研究较早且工艺较成熟。

该工艺以三氯化铁溶液为氧化液，利用化学吸收和电化学分解相结合的双反应工艺吸收，H2S吸收率大于99%，并且可以处理高浓度H2S气体，在工艺技术上具有可行性，在经济上可望与克劳斯法相比。

光催化分解法利用丰富且廉价的太阳能作为能源分解H2S制取氢气。

光催化反应条件缓和，能耗低，较为经济。

如果开发出高活性的光催化剂以及合理的光催化工艺，有可能成为硫化氢分解制氢的重点]5[。

2.2.2 热化学循环分解水自从核反应堆技术获得发展后，在20世纪60年代原联邦德国和美国的科学家便注意到如何利用核反应堆的高温来分解水。

为了降低水的分解温度，在水的热分解过程中引入热化学循环，控制循环过程中的高温点必须低于核反应堆或太阳炉的最高极限温度。

现在高温石墨反应堆的温度已高于900℃，太阳炉的温度可达1200℃，这将有利于热化学循环分解水技术的发展。

目前，科学家已经从理论和实践两方面研究了数百个可能的热化学循环。

现以1980年美国化学家提出的硫-碘热化学循环为例予以说明。

该系统中包括下列反应：2HI(g)→H2(g)+I2(g) (425℃)SO2(g)+2H2O(l)+I2(g)→H2SO4(aq)+2HI(aq) (90℃)H 2SO4(aq)→SO2+1/2O2(g)+H2O(g) (825℃)净反应为：H2O(l)→H2+1/2O2(g)上述反应不消耗SO2，HI，可循环利用。

该系统反应速率快。

最高温度为825℃，如果以核反应堆作为热源，达到这一温度是可行的。

当前研究的重点是确立一个热化学分解系统，其所需温度需足够低，以便可以利用太阳辐射作为能源。

2.2.3 生物分解水制氢生物体分解水不需要电和高温。

在光合作用中，绿色植物吸收CO2和H2O，利用太阳光将它们合成生长所需的物质。

科学家们试图修改光合作用的过程，使植物从水中放出氢，代替用氢参与生成很复杂的化合物。

小规模实验已表明，在一定条件下，植物确实产生氢气。

但产率远远达不到商业应用的要求。

2.2.4 从海水中制氢海水是可以充分利用的自然资源。

以太阳能为能源，将海水还原生产氢气，可以极大地降低成本。

近年来，美国Michigan州立大学H.Ti Tien教授设计了一种装置。

这种装置利用太阳能为可见光提供的能量来生产氢气。

装置的核心部分是沉积在镍箔上的硒化镉(CdSe)n型半导体器件。

这是一种半导体薄膜，它作为镉栅插在电解池中的阳极室和阴极室之间。

阳极室中含有Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)复杂化合物的电解质；阴极室中充满海水。

当可见光照射在半导体薄膜上时，电子被激发进入导带而留下空穴(低能级的电子空间)。

在导带中电子移动到金属薄膜与海水之间表面上，在这里水被还原产生氢气。

与此同时，空穴迁移到半导体与电解质间的表面，来自Fe+2的电子(Fe+2失电子)填充了这些空穴]6[。

2.3 其他新方法制氢2.3.1 固体生物质制氢固体生物质是一种可再生能源,固体生物质制氢是它的一个重要的应用领域。

基本工艺为：降生物质气化或热裂解，生成合成气。

合成气中的碳氢化合物再与水蒸气发生催化重整反应生成氢气和二氧化碳。

整个反应式为：Cx Hy+2xH2O＝xCO2+(2x+y/2)H2。

2.3.2 硼氢化钠水解制氢硼氢化钠在碱性水溶液中可水解产生氢气和水溶性亚硼酸钠，优点是：该溶液无可燃性，储运和使用安全，而且在空气中可稳定存在数月；制得的氢气纯度高，不需纯化，可直接作为质子交换膜燃料电池的原料；氢的生成速度容易控制且储存效率高；在常温甚至0℃便可以产生氢气；无污染等。

但整个工艺的能效、经济性等问题还需进一步研究。

2.3.3 生物制氢生物制氢，即人工模仿植物光合作用分解水制取氢气。

一克叶绿素每小时可产生1升氢气，其转化效率高达75%。

近年来，已查明有16种绿藻和3种红藻有产生氢的能力。

藻类主要通过自身产生的脱氢酶，利用水和太阳能来产生氢气。

这是太阳能在微生物的作用下，转换利用的一种形式，该过程可在15℃～40℃的较低温下进行]7[。

2.3.4 其他新方法目前，已研制出氢氧机（水燃料氢氧焊接机，又称水焊机），是产生氢能源（氢氧燃料）的电器设备。