02七月2025第二章

氫能02七月2025第一節

氫能概述一、氫能簡介

氫是宇宙中最常見的元素，氫及其同位素占到了太陽總質量的84%，宇宙質量的75%都是氫。氫具有高揮發性、高能量，是能源載體和燃料，氫能是通過氫氣和氧氣反應所產生的能量。氫能是氫的化學能，氫在地球上主要以化合態的形式出現，是宇宙中分布最廣泛的物質.工業上生產氫的方式很多，常見的有水電解制氫、煤炭汽化制氫、重油及天然氣水蒸氣催化轉化制氫等。02七月2025二、氫能的特點1）所有元素中，氫重量最輕。2）所有氣體中，氫氣的導熱性最好3）氫是自然界存在最普遍的元素，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質。4）除核燃料外氫的發熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的5）氫燃燒性能好，點燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍6）氫本身無毒，與其他燃料相比氫燃燒時最清潔7）氫能利用形式多8）氫可以以氣態、液態或固態的氫化物出現，能適應貯運及各種應用環境的不同要求。02七月2025三、氫能開發利用的前景

氫能被稱為人類的終極能源。水是氫的大“倉庫”，如把海水中的氫全部提取出來，將是地球上所有化石燃料熱量的9000倍。氫的燃燒效率非常高，只要在汽油中加入4%的氫氣，就可使內燃機節油40%。目前，氫能技術在美國、日本、歐盟等國家和地區已進入系統實施階段。美國政府已明確提出氫計劃，宣布今后4年政府將撥款17億美元支持氫能開發。

02七月2025第二節制氫技術一、化石燃料制氫技術

工業用氫的制備方法主要是化石燃料的熱分解，包括天然氣的重整、碳氫化合物的部分氧化和煤的汽化，產氫的成本較低。然而，這些技術嚴重依賴化石燃料資源且排放二氧化碳。1．煤制氫2．天然氣制氫02七月2025二、電解水制氫

這種方法是基于氫氧可逆反應分解水來實現的。多采用鐵為陰極面，鎳為陽極面的串聯電解槽（外形似壓濾機）來電解苛性鉀或苛性鈉的水溶液。陽極出氧氣，陰極出氫氣。該方法成本較高，但產品純度大，可直接生產99.7%以上純度的氫氣.02七月2025三、生物及生物質制氫

生物制氫以生物活性酶為催化劑，利用含氫有機物和水將生物能和太陽能轉化為高能量密度的氫氣。與傳統制氫工業相比，生物制氫技術所使用的原料極為廣泛且成本低廉，包括一切植物、微生物材料，工業有機物和水；在生物酶的作用下，反應條件為溫和的常溫常壓，操作費用十分低廉；產氫所轉化的能量來自生物質能和太陽能，完全脫離了常規的化石燃料；反應產物為二氧化碳，氫氣和氧氣，二氧化碳經過處理仍是有用的化工產品，可實現零排放的綠色無污染環保工程。02七月2025四、太陽能光解水制氫

目用太陽能制氫的主要工藝方法有：

利用光伏系統轉化成的電能進行電解水制氫。

利用太陽能轉換的熱能進行熱化學反應循環制氫。目前用得最多的還是利用光伏系統將太陽能轉化成電能，再通過電能來電解水來實現制氫。02七月2025第三節氫的應用一、氫在燃氣輪機發電系統中的應用

燃氣輪機其發電機的內部冷卻是靠內部氣體的對流將熱量帶走，由于氫氣的熱傳導系數和對流系數都比空氣高，因此能更有效地冷卻發電機的轉子和定子。而且氫氣分子質量較小，在高速旋轉時摩擦阻力較小，機械功損耗小，產生的熱量也較少。02七月2025二、氫在內燃機中的應用

近年，世界各大汽車制造商相繼推出了自己的氫燃料內燃機汽車，福特于2001年推出了第一輛氫燃料內燃機試驗車，2006年，福特氫燃料V-10發動機于日本正式投產，作為FordE-450氫燃料Bus的動力。02七月2025三、氫在噴氣發動機上的應用美國NASA的X-43高超音速試驗機02七月2025第四節氫的安全性一、泄漏性

常溫常壓下氫氣易擴散和泄露，擴散速率為空氣的3.8倍，液氫從高壓儲氫罐中發生大量泄露時，泄露速度約為天然氣的3倍，但同溫同壓下天然氣的能量密度是氫氣的3倍，導致泄露帶來的能量損失差不多02七月2025二、可燃性

氫氣在空氣中的燃點為574℃，著火燃燒界限為4%～75%，范圍較其他工業燃氣大當泄露發生時

氫氣的可燃下限約為汽油的4倍，丙烷的2倍，只比天然氣略大。然而氫氣的燃燒速度是天然氣和汽油的7倍，而且其泄露速度大，因此一旦被點燃，爆炸的危險性較大。02七月2025三、爆炸性

氫氣的爆炸界限為18.3%～59%，其中爆炸下限的氫氣/空氣比為13%～18%，是天然氣的2倍，汽油的12倍。