目前,我国工业制氢方法主要是以天然气、石油、和煤为原料,在高温下使之与水蒸气反应而制得,也可以用部分氧化法制得。这些制氢方法在工艺上都比较成熟,但是由化石能源和电力来换取氢能,在经济上和资源利用上并不合适。现有的工业制氢主要是维持目前化工、炼油、冶金、及电子等部门的需要。水电解制氢和生物物质气化制氢等方法,现已形成规模。其中,低价电电解水制氢方法是当前氢能规模制备的主要方法,但目前电耗过高,一般约为4.5kW.h/Nm3H2,亟待改进。此外,由中科院山西煤炭化学研究所开发的“甲醇重整制氢技术”已投入生产实际应用,目前最大规模为360Nm3/h,并实现系列化、批量化生产。为加快氢能的开发利用,有关高等院校和科研院所积极开展

一、氢能制备

国际上氢能研究从20世纪90年代以来受到特别重视。美国早在1990年就通过了SparkM.Matsunaga氢能研究与发展、示范法案。该法案指导美国能源部启动了一系列氢能研究项目,并促成了氢技术顾问团(HTAP)的成立。1992年通过的能源政策法案特别强调了氢能的发展。1996年美国国会又通过了氢能前景法案,决定在1996-2001年间再花费16450万美元,用于氢的生产、储运和应用的研究、开发与展示。日本通产省于1993年启动了WE-NET项目,到2020年计划投入30亿美元开发氢能系统的关键技术。欧洲和加拿大计划合作利用Quebec的廉价水电制氢,液化运往欧洲使用。

二、氢能的储运

目前,氢的储存方法主要有以下几种:常压储氢,高压储氢,液氢储氢,金属氢化物储氢及吸附储氢等。液氢储氢是一种较好的储氢方法,此法储氢密度高。但是,制备1升液氢约需消耗电能3kW.h,在储存过程中液氢还有自然挥发,因此能耗较高。金属氢化物的出现为氢的储存、运输及利用开辟一条新的途径。近年来,清华大学、中科院金属所、防化研究院及西北核技术研究所等单位开始对新型储氢技术-纳米碳材料的储氢进行了多项基础性研究。其中,清华大学、中科院金属所和防化研究院都在室温下得到了储氢重量比在12MPa时为8%左右的纳米碳材料。

三、氢能的应用

利用氢和氧化剂发生反应放出的热能;利用氢和氧化剂在催化剂作用下的电化学反应直接获取电能及利用氢的热核反应释放出的核能。我国早已试验成功的氢弹就是利用了氢的热核反应释放出的核能,是氢能的一种特殊应用。我国航天领域使用的以液氢为燃料的液体火箭,是氢用作为燃料能源的典型例子。氢能在宇航研究中具有广阔的应用前景,如火箭发动机、氢内燃机等。在民用工业领域,燃料电池近年来发展迅速。燃料电池(FuelCell,FC)技术的最新发展及其诱人的前景,使全世界都看到氢作为能源的可行性和必然性。作为具有“无污染、高效率、适用广、无噪声、具有连续工作和积木化”等优点的动力装置———氢能燃料电池,将随着制氢技术的进步和贮氢手段的完善,在21世纪的能源舞台上大展风采。为进一步开发氢能,推动氢能利用的发展,“氢能技术”已被列入《科技发展“十五”计划和2015年远景规划(能源领域)》。

四、氢能的发展前景

氢能所具有的清洁、无污染、效率高、重量轻和储存及输送性能好、应用形式多等诸多优点,赢得了人们的青睐。氢能开发利用首要解决的是廉价的氢源问题。从煤、石油和天然气等化石燃料中制取氢气,国内虽已有规模化生产,但从长远观点看,这已不符合可持续发展的需要。从非化石燃料中制取氢气才是正确的途径。在这方面电解水制氢已具备规模化生产能力,研究降低制氢电耗有关的科学问题,是推广电解水制氢的关键。光解水制氢其能量可取自太阳能,这种制氢方法适用于海水及淡水,资源极为丰富,是一种非常有前途的制氢方法。储氢技术是氢能利用走向实用化、规模化的关键。根据技术发展趋势,今后储氢研究的重点是在新型高性能规模储氢材料上。国内的储氢合金材料已有小批量生产,但较低的储氢质量比和高的价格仍阻碍其大规模应用,因而廉价储氢材料的开发仍是今后氢能利用过程中很关键的一环。

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