理论教育 从水制氢的新时代:氢的制取方式探究

从水制氢的新时代:氢的制取方式探究

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】: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、煤炭中气化分解制得的。随着矿物燃料的耗尽,人类将最终过渡到以地球之普遍存在的水为原料制取氢气。归纳来讲,通过核能和太阳能来分解水制氢是长远依靠的手段,然而近期内通过热化学的方法从化石燃料中制取氢气的成本较为便宜,其中特别是从天然气中制氢,成本最低。但是,我们需要认识到这些都只是作为从化石燃料时代过渡到氢能时代中的辅助协调措施。

从水制氢的新时代:氢的制取方式探究

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中气化分解制得的。从资源的角度讲,这种方法将来是靠不住的。随着矿物燃料的耗尽,人类将最终过渡到以地球之普遍存在的水为原料制取氢气。

从水中大量提取氢气已经成熟的技术就是水电解法,目前4%的氢气是用电解水的方法获得的。显然,这种方法需要耗用大量电力。目前,电解制氢的方法应用不广泛,主要原因是成本比化学制氢法高。设想一下,如果火力发电站中煤转化为电能的效率为30%,电解水的效率是60%,这样从煤到氢的总能量转化率便只有18%,成本能不高吗?还不如直接从煤中化学制氢呢!今后如果利用风能、水能、海洋能等等形式能够转化出廉价的电能来电解水制氢的话,电解法无疑将成为一项重要的制氢方法。

有人曾提出一个大胆的设想,将在远离人口密集地区的荒岛上建立一些专门用于电解水的核电站,发电来电解海水制氢,然后用管道像输送天然气一样把氢气输往陆地,这样既安全、又经济。不过相比较之下,目前比较实际的还是利用常规核电厂深夜的剩余电力来电解制氢蓄能。

人类的想像力是无穷无尽的,十几年来,科学家们提出了许多制氢的方法,但是制氢用的一次能源最终将采用核聚变太阳能。

人工可控聚变反应一旦获得成功,将可获得近乎取之不竭的能源。核聚变中所释放的能量不论是放射能、中温和高温的过程热,以及所产生的电能都有可能用来分解水制氢,届时,人类将进入一个以水为能源的氢能世纪。(www.daowen.com)

同时,由于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。科学家们在水中放入催化剂,在阳光的照射下,水能发生分解产生氢和氧。如果人们能找到更为有效的催化剂,汽车、飞机等也许只需要在油箱内装上水,加入水解催化剂,在阳光的照射下就可以源源不断地产生氢气,成为发动机的能源了。随着生物技术的进步,研究人员们发现在阳光下一些微生物也具备从水中分解氢的本领,这些微生物中含有一种叫作氢化酶的蛋白质,它能够阻止叶绿素向生成碳水化合物的方向发展光合作用,转而制成氢气。美国宇宙部门就准备把一种光合细菌——红螺菌带到太空中,用它的光合作用所产生的氢气供给航天器的能源需要。这种红螺菌生产繁殖很快,并且易于培养,在一般的废水废渣中也能分解出氢来。也许在不久的将来,微生物作为一种特殊的催化剂将取代化学催化剂的重要地位。

除了上述利用阳光直接光解制氢以外,由于光伏电池技术的飞速发展,利用太阳能发电直接制氢也进入了应用发展阶段。由于太阳能的不稳定性,所转化的电能不宜直接并入电网,因此,将之转化为氢能,可谓“淡妆浓抹总相宜”。如果太阳能电池的成本进一步下降,用阳光电解水的方法就能推广到大规模的生产上来。那时候,只要不需任何代价的水和阳光,就能生产出理想的燃料来。

制氢的工艺随着制氢的原料与制氢的使用能源的不同而不同。归纳来讲,通过核能和太阳能来分解水制氢是长远依靠的手段,然而近期内通过热化学的方法从化石燃料中制取氢气的成本较为便宜,其中特别是从天然气中制氢,成本最低。利用各种工业过程中的尾气制氢,例如炼油厂、合成氨厂以及酸、碱等工业生产过程中的多余尾气来回收或制取氢气都是节约能源变废为宝的综合经济措施。但是,我们需要认识到这些都只是作为从化石燃料时代过渡到氢能时代中的辅助协调措施。

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