如何从太阳能得到氢
• 在太阳能制氢阶段，人们研究了多种制氢 方法，如太阳能电解水制氢，太阳能热化 学制氢，光化学作用制氢，光电化作用制 氢，光解水制氢，太阳能热解水制氢和光 合作用制氢等。上述大多数制氢方法目前 还处在实验室研究阶段，离实际应用还有 较大作用。
太阳能电解水制氢
• 电解水制氢是获得高纯度氢的传统方法。 • 原理：将酸性或碱性的电解质溶入水中，以增
+41.2KJ/mol
C2H5OH → CH3CHO+H2
太阳能直接光催化制氢
• 原理：往水中加入一些物质，试图通过这 些物质吸收光能并有效地传给水分子，使 水光解成氢和氧。
• 研究关键：（1）研制高效的可见光催化剂； （2）构建稳定的光催化反应体
系。
光合作用制氢
• 原理：利用某些微生物（光合作用细菌） 转换太阳能，产生特定物质氮化酶和氢化 酶，然后再利用这两种特定物质分解水产 生氢气。
参考文献
• 毛宗强编著《无碳能源：太阳氢》（化学 工业出版社）
• 毛宗强编著《氢能-21世纪的绿色能源》 （化学工业出版社）
The end ! Thanks!
• 该技术的主要障碍：微生物产生氮化酶和 氢化酶的效率不高、氮化酶和氢化酶的热 稳定性不好和寿命短等，这些问题有待科 学家们的进一步探索研究，寻找解决办法。
生物制氢
（1）蓝藻和绿藻
该类生物可利用体内巧
妙的光合机构转化太阳能为氢能。两者均可光
合裂解水产生氢气，但产氢机制却不相同。目
前，这种藻产氢能力很低。
太阳能制氢
氢能：人类未来的清洁能源
• 氢，在常温常压下是气体状态，在超低温 高压下又可成为液态。作为能源，氢能具 有重量轻、热值高、“爆发力”强、来源 广、品质纯洁、能量形式多、储存便捷等 优点，赢得了人们的青睐。一致认为，用 氢能取代碳氢化合物能源，将是重要的发 展趋势。这种新能源已开始逐步形成，通 过太阳能制得的氢，将成为普遍使用的一 种高级能源，二三十年后，氢，必将是众 多领域的重要能源。
• 应用：由于这类装置的造价 很高，效率较低，尚不具备 普遍的实用意义。
太阳能热化学制氢
• 原理：因为直接热解水制氢的温度很高，工程实现 困难。人们试图在1000 ℃左右，在不同阶段和不 同温度下加给在含有添加剂的水分解系统中，使水 沿着多步骤的反应过程最终分解为氢气和氧气。
• 取得的成果：目前已研究出多种热化学循环系统， 如①金属Ca 、Sr、Mn、Fe的卤化物作为氧化还原 剂分解水； ②双组分S-I氧化还原系统；③蒸汽铁系统等。
• 热化学制氢的难点：①材料问题：高温而且同时又 在腐蚀性的氧化还原剂存在时，材料的腐蚀和破坏 格外严重。②反应中间产物或最终产物的分离难易 程度。
太阳能光化学制氢
• 目前太阳能光化学制氢的的主要光解物是 乙醇，即太阳能直接分解水中的乙醇制得 氢。乙醇是很多工业生产过程中的副产物， 也容易从农作物中得到。
太阳能-电解水-制氢系统
太阳能-氢能系统的尝试
• 美国加州洪堡州立大学莎茨能源研究中心 开发的太阳能制氢系统，每天可自动生产 出干净的氢燃料。该系统1989年开始筹建。
• 德国一座500KW的太阳能制氢试验厂目前已 经投入试验运行，生产的氢气被用作锅炉 和内燃机燃料或者用于燃料电池的运行。
• 在沙特阿拉伯也建成了一个350KW的太阳能 制氢系统，这一系统是德国航天局和阿布 杜拉科学城的试验研究和培训基地。
• 原理：它基于光电 化学池和半导体光 催化法，即通过光 阳极吸收太阳能并 将光能转化为电能， 同时在对电极上给 出电子。
• 左图为太阳能直接 电解水制氢示意图。
太阳能热解水制氢
• 原理：水在2000℃时，可以 直接离解为氢气和氧气。太 阳能热解水制氢，就是采用 高反射、高聚焦的实验性太 阳炉，可以实现2000 ℃以 上的高温，从而能直接使水 分解，得到氢气和氧气。
太阳能-氢能系统的科学性
（1）长久地提供人类所需的足够能量。 （2）最环保的能源系统。 （3）是和平的能源利用方式。
太阳-氢能系统的经济性
推动太阳-氢能系统趋于经济、适用化的因素主要 有： （1）随着研究的深入，太阳-氢能系统的效率将进一 步提高，达到实用化程度； （2）工艺和材料的改进，以及规模化生产，可降低 建造成本； （3）建立低成本，超长距离输氢系统，在太阳能丰 富的地区建立太阳-氢能系统，制备廉价的氢； （4）储氢、用氢技术的成熟，可促进太阳-氢能系统 向规模化和产业化方向发展； （5）化石能源减少，其价格必然升高； （6）随着环境保护的要求提高，对化石能源的社会 成本的估算被提上议程。
加水的导电性，然后让电流通过水，在阴极和 阳极上就分别得到氢和氧。
• 应用：目前，世界上已有许多先进的大型电解 装置在运行，一天制氢量在千吨以上，电-氢 的转化效率可达75%以上。但由于太阳能光伏 电池-电的转换效率较低，价格非常昂贵，所 以难以和电解水制氢竞争，更不用说是常规能 源了。
太阳能直接电解制氢
（2）厌氧光合细菌
与蓝藻和绿藻相比，
厌氧光合细菌的厌氧光合放氢过程不产氧，故
工艺简单，而且产氢纯度和产氢效率高。
（3）非光合生物
该类微生物可降解大
分子有机物产氢的特性，使其在生物转化可再
生能源物质（纤维素及其降解产物和淀粉等）
生产氢能研究中显示出优越于光合生物的势。
太阳能-氢能系统
• 在前面，介绍了太阳能制氢的方法，用太阳能制取的氢可 以像天然气那样储存起来，这样氢能在太阳能和用户之间 就可以起到一个桥梁作用，构成太阳能-氢能-用户的能源 链，示意图如下：