氢能源的应用范围

在大自然中,氢的分布很广泛。水就是氢的大“仓库”,其中含有11%的氢。泥土里约有1.5%的氢;石油煤炭天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的,而地球表面约70%为水所覆盖,储水量很大,因此可以说,氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从水中制取氢,那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。

氢的用途很广,适用性强。它不仅能用作燃料,而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能。例如,储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领,可将热量储存起来,作为房间内取暖和空调使用。

氢作为气体燃料,首先被应用在汽车上。1976年5月,美国研制出一种以氢作燃料的汽车;后来,日本也研制成功一种以液态氢为燃料的汽车;70年代末期,前联邦德国的奔驰汽车公司已对氢气进行了试验,他们仅用了五千克氢,就使汽车行驶了110公里。

用氢作为汽车燃料,不仅干净,在低温下容易发动,而且对发动机的腐蚀作用小,可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合,完全可省去一般汽车上所用的汽化器,从而可简化现有汽车的构造。更令人感兴趣的是,只要在汽油中加入4%的氢气。用它作为汽车发动机燃料,就可节油40%,而且无需对汽油发动机作多大的改进。

氢气在一定压力和温度下很容易变成液体,因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料,也可用作火箭、导弹的燃料。美国飞往月球的“阿波罗”号宇宙飞船和我国发射人造卫星的长征运载火箭,都是用液态氢作燃料的。

另外,使用氢—氢燃料电池还可以把氢能直接转化成电能,使氢能的利用更为方便。目前,这种燃料电池已在宇宙飞船和潜水艇上得到使用,效果不错。当然,由于成本较高,一时还难以普遍使用。

现在世界上氢的年产量约为3600万吨,其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的,这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料;另有4%的氢是用电解水的方法制取的,但消耗的电能太多,很不划算,因此,人们正在积极探索研究制氢新方法。

随着太阳能研究和利用的发展,人们已开始利用阳光分解水来制取氢气。在水中放入催化剂,在阳光照射下,催化剂便能激发光化学反应,把水分解成氢和氧。例如,二氧化钛和某些含钌的化合物,就是较适用的光水解催化剂。人们预计,一旦当更有效的催化剂问世时,水中取“火”——制氢就成为可能,到那时,人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水,再加入光水解催化剂,那么,在阳光照射下,水便能不断地分解出氢,成为发动机的能源。

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