氢能源开发与利用发展现状探索

李羿

【摘 要】随着环境污染的不断加重，不可再生能源也面临枯竭，开发新能源就成为世界各国发展所面临的首要问题。氢能源作为一种可再生的环保型能源，得到了世界范围内各个能源开发部门的重视，并展开了各种各样的研究，致力于将氢能源逐渐代替石油等不可再生能源在社会发展中的地位。基于此，本文探讨了氢能源开发和利用现状，并简要介绍了氢能源的优点及储存于运输。

【关键词】氢能源；发展；利用

氢能源在应用之初主要是应用在氢氧燃料电池中，我们现在要做的是要将氢能源广发的应用到人们的日常生活中去，不断增加氢能源的产量，到最后甚至于完全的代替不可再生能源在人们生活中的地位。氢能源相对石油等能源来讲，获取方法更多，而且在燃烧后产物主要是水，是目前最纯净的燃料，因此在未来氢能源必将成为最主要的能源之一。

一、氢能源的应用领域

（一）传统石油化工的原材料

就目前数据来看，我国的氢气产量约在2000万吨左右，在生产的这些氢气中，大约会有50%用于石油和煤化工领域的生产，45%用于氨的合成，在这些生产过程氢气都作为原材料直接参与反应。

（二）氢能源可实现再生能源补充发电

近年来，我国的氢能源开发已经有了较好的发展，已经开始发展利用风能发电、太阳能发电等可再生能源来进行点解制氢，搭建天然气输送管道，用于输送生产的氢气或者氢气制甲烷，这种模式我们叫做电转气模式。在我国的个别主要大型城市中，已经具备了发展电转气的最基础设施，期待电转气模式可以在未来得到好的发展。

（三）以氢氧电池为核心建立分布式能源网络

据有关数据显示，氢燃料电池具有很高的能源转化率，建立以氢燃料电池为核心的分布式能源网络可以很高的提高资源利用率，在这点上是远远超过了传统的能源网络。以氢燃料电视为核心建立能源网络，能够更好的做到区域或城市电力、热能、冷能等的联合供应。

（四）氢燃料电池汽车

近年来，我国的氢燃料电池的研究已经取得了初步效果，再加上氢本身存在的各种优势，很有可能在未来代替燃油汽车在市场中的地位。我国的各个大型汽车厂商不在不断加快氢燃料汽车的研究，为未来氢燃料汽车的推广打下坚实基础。

二、氢能源的优点

（一）氢的广泛性

众所周知，地球有70%以上的陆地都被水所覆盖，可见地球水储量之大，而另外不到30%的陸地也不完全是陆地。如果水中氢气的提取技术能过得到好的发展，氢大的价值会远远超过化石燃料。据有关数据表明，宇宙中物质的75%都是由氢元素组成。

（二）热值高

氢燃料是已知燃料中热值仅仅低于核燃料的的燃料。一般情况下是，相对于传统的化学染料、乙醇燃料、煤炭等，其热值要高出3-4.5倍。

（三）储存方便

在特定的气压条件下，氢气可以以气态或者液态的形式存在，甚至可以是固态的金属氢化物，这使得氢可以根据我们的实际需要随意改变氢的储存形态，便于储存和运输。

（四）氢气无毒

氢气燃烧后的产物主要是水，以及少量的一氧化碳、二氧化碳及极少的粉尘颗粒只需要及经过简单处理就不会对环境产生污染，是公认的最清洁能源，所以氢气也是没有毒性。氢气燃烧后产生的水依旧可以作为生产氢气的原料，因此氢气还是一种可循环利用的能源。

三、氢能源的储存与输送

（一）高压气态储存

目前，高压气态储存法主要是讲纯净的氢气压缩进15MPa的高压钢瓶中，但是储氢重量只有1.2%，这就在一定程度上限制了高压储气罐在现实中的应用，尤其是在大型的交通工具上。随后，浙江大学对于高压气态储存有了进一步的研究，以轻质铝为材料，建立了纤维全缠绕高压储气瓶结构，使得氢密度质量分数达到5.78%。

（二）低温液态储存

氢的物理性质，在气温达到-253度及以下时，氢气就会以液态的形式存在，这样就可以将液态氢储存在绝热容器中存放或者运输，但是相对而言，这种储存方法虽然更加安全、方便，但是储存成本却大大增加了。因此，我国正在努力研发在常温常压条件下的储存技术，比如，中国地质大学研究出的不饱和方向化合物催化加氢的方法，初步实现了常温常压条件下的液态运输。

（三）金属氢化物存储

金属氢化物是一种由多种元素组成的合金，当外界有热量时，金属氢化物就会释放氢气，但是这种方式存在较多缺点，比如无法大量储存氢气、成本高、释放氢气的温度要求较高等。目前已知的储氢合金有稀土镧镍系、铁钛系、镁系、钒、铌、锆等。其中铁钛系应用最为广泛，其成本低，储量相对较大，而其他合金都有较为苛刻的条件，比如镁系虽然储量最大，但是其释放氢气的温度要达到287度，这就无形中增加了存储成本，无法使其得到广发使用。

四、氢能源的发展现状

无论是国内还是国外，无论是环境污染，还是不可再生资源逐渐枯竭，都要求我们去开发一种储存量大，污染还少的资源，去代替不可再生资源，因此对于清洁能源和可再生能源的开发已经成为世界各国发展的共同问题。而氢能源作为一种可再生的清洁能源，很快便得到了各国能源开发部门的重视，不断进行氢能源的生产、储存、运输等方面的研究。在未来，氢能源必将给国际能源框架带来巨大的改变。

为了降低城市污染，不断加快氢燃料汽车的研究使其在将来成为城市主要的交通工具之一，是降低城市污染的重要手段之一，因此，无论是我国还是世界各国，都在不断加大氢能源研究的资金投入，但是与发达国家相比我国的氢能源研究资金依旧不足。在本世纪初期，美国以17亿美金的投入，建立了美国第一座氢气站。对于我国国情，人多地广，资源短缺，因此更加应该加快氢能源的研究速度，不仅可以缓解资源紧张，还能降低我国运输业产生的重大污染，对我国可持续发展战略具有现实意义。

五、总结

综上所述，氢能源是一种清洁型可再生能源，其燃烧后的产物主要是水，还有少量的CO、CO2、氮气化合物等气体，主要经过处理就可以降低污染甚至是无污染。因此，可以看出氢能必将是未来最理想的能源之一。为了不断拉近和发达国家之间的差距，我国不断研究氢能源的制氢技术、储氢技术、储氢装备以及加氢装备的研究，计划在2020年，氢能源的研究取得重大突破，提高我国的综合国力。

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