氢能源综述.doc

氢能源的最新研究成果综述---制备、储存以及利用
在法国小说《神秋·岛》中有句话:“我相信,总有一天氢气和氧气会造产生光和热的无尽源泉”。地球上的物质66%是由氢组成的,当石化燃料危机以及由此带来的环境危机越来越成为关系国计民生和人类未来的重要问题的时候,一个全新的“氢能经济”的蓝图正在逐步形成。氢能是一种完全清洁的新能源和可再生能源,它是利用石化燃料、核能和可再生能源等来产生氢气,也可通过燃料电池化学反应直接转换成电能,用于发电及交通运输等,还可用作各种能源的中间载体。氢可作为一种储备的能源,如果利用丰富的过剩电能实现电解水制氢,可以建独立的氢供应站,不必区域联网。因此,氢与可再生一次能源相结合可以满足未来能源的所有需求。
氢能源的优越性
氢作为能源有许多优越性。水通过光分解可制得氢,水是取之不尽,用之不竭的原料,又十分低廉,地球的表面有  是水,储量很大。氢燃料燃烧后又生成水,是一种燃烧无害、十分清洁的能源。氢在储存、输送上比电力损失小,而且氢燃烧热值高, kg焦炭的发热量。但是在实际的应用中氢的存储与运输,以及利用太阳能分解水制取氢,一直是制约氢能发展的问题。
氢能源的制备与贮存
氢能源的制备
“纯天然的氢能源”目前自然界是没有的。氢能源是一种二次能源。它更像是一种能量的载体,通过某种途径制得,然后再用于另一种途径。氢能源的热值非常高,又不会产生污染(氢气的燃烧产物即为水),因而是理想的二次能源。目前氢能源的制备方法非常多,从传统的电解水制氢,到微生物制氢。课本中已经详细介绍了电解水制氢的方法,因此这里着重介绍生物制氢的方法,以及最近美国科学家最新开发出的用糖来制取氢气的方法。
人们就已经认识到细菌和藻类具有产生分子氢的特性。在生物制氢研究领域,人们以碳水化合物为供氢体,利用纯的光合细菌或厌氧细菌制备氢气,并先后用一些微生物载体或包埋剂,细菌固定化的一系列反应器系统进行了研究。到 20 世纪90年后期,人们直接以厌氧活性污泥作为天然产气微生物,以碳水化合物为供氢体,通过厌氧发酵成功制备出生物氢气,因而使生物制取成本大大降低,并使生物制氢技术在走向实用化方面有了实质性的进展。任南琪等以厌氧活性污泥为菌种来源,以废糖蜜为原料,采用两相厌氧反应器制备出氢气,开创了利用非固定化菌种进行生物制氢的新途径,由于此技术采用的是混合菌种,在运行中方便操作和管理,大大提高了生物制氢技术工业化的可行性,也成为国际上近来生物制氢技术研究的热点。樊耀亭等以牛粪堆肥作为天然混合产氢菌来源,以蔗糖和淀粉为底物,通过厌氧发酵制备了生物氢气。 迄今为止,已研究报道的产氢生物类群包括了光合生物(厌氧光合细菌、蓝细菌和绿藻X非光合生物(严格厌氧细菌、兼性厌氧细菌和好氧细菌)和古细菌类群。
最近,科学家利用合成生物学的方法,使用由13种酶组成的混合物,将碳水化合物和水转变成二氧化碳和氢气。实验显示,这一反应在约30℃和1个大气压的条件下即可发生。将二氧化碳抽除后,氢气进入燃料电池产生电力,副产物水可以循环利用。在反应中,氢是主要产物,效率比自然界里厌氧菌分解生物物质产生氢的效率高3倍,每磅氢的成本可能低于1美元。
氢能源的储存
液化储存面临两大技术难点:一是氢液化能耗大,工程实际中,氢液化耗费的能量占液化氢能的30