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摘 要:以氢为能源核心的构想正在全球范围内推进。为什么氢是一种非常有发展前景的能源?为了实现氢能社会应该采取哪些措施呢?
关键字:氢能、氢利用、水电解、绿氢、制氢基础技术、氢能社会、脱碳社会
目录
什么是氢?
氢的制造方法大致分为两种
氢在脱碳社会中被重视的理由
如何利用氢?
企业利用氢的例子
今后问题
为实现氢能社会而采取的措施
结语
一般来说,氢是指由两个氢原子组合而成的氢气(氢分子、H2)。氢气是世界上最轻的气体。
氢原子是宇宙中最小的元素,也是最丰富的元素。氢在自然界中几乎不以氢气的形式存在。氢以化合物的形式存在于水(H2O)、甲烷(CH4)等中,因此要想将其用作氢气,必须从化合物中分离出来。
氢气具有比其他燃料低得多的体积能量密度。为了像其他燃料那样高效地运输和储存这种低体积能量气体,需要将氢气转化为液态氢或压缩氢。液态氢的单位重量能量密度高于汽油。
将氢气用作下一代能源的想法自1970年代以来就一直存在,当时就已经开始重视环境问题。
如上所述,氢气在自然界中并不存在。因此,必须从自然界的氢化合物中提取氢。氢的提取方法大致有两种。
一种是使化石燃料与水(水蒸气)发生反应,从而提取氢的方法。通过使煤炭或天然气与水蒸气发生反应,生成氢气和一氧化碳,从中提取出氢气。石油和天然气的主要成分是富含碳(C)和氢(H)的烃。烃通过与水(H2O)发生反应,可以分离成一氧化碳(CO)和H2(氢)。可以通过水蒸气重整或者部分氧化重整方法提取氢气;另外,也可以从炼铁过程的焦炉煤气中提取氢。
从化石燃料中提取氢的方法具有以下优点:可以在短时间内以相对较低的成本大量制造氢气,这在一定程度上归功于已经确立的技术。
但是,这种方法也存在缺点,即在所有制造过程中都会排放出碳的氧化物(nCO)。导致全球变暖的二氧化碳是水蒸气重整的副产品。
另一种方法是水电解。向水(H2O)里通电时,会发生电子的移动,变成H+和HO-。更准确地说,2H2O变成了2H2和O2。
水电解的优点是不会排放出二氧化碳等温室气体。
缺点是需要电力。如果水电解制氢中使用的电力来自化石燃料,那么虽然在制氢过程中不会产生二氧化碳,但在发电过程中会排放二氧化碳,这样就毫无意义了。通过使用太阳能发电、风力发电、水力发电等可再生能源进行电解水,能够制造氢气而不产生温室气体。