氫能的開發(fā)

①電解法，即直接電解水制氫，因耗電量大、經(jīng)濟(jì)性差，至今未能大規(guī)模應(yīng)用。新發(fā)展的高溫電解(水蒸氣)法(>900℃)，其耗電量比常規(guī)電解法節(jié)省30%左右。
②熱化學(xué)法，即在高于1000℃的溫度下熱裂解水或分步反應(yīng)裂解水制氫的方法，該法可利用核電站供給的熱量分解水制氫，但代價(jià)仍然較大。利用高于2000℃的熱源直接熱解水制氫，也正在研制中。
③光解法，是一種利用太陽能的熱電轉(zhuǎn)換或光電效應(yīng)來光解水制氫的方法。由于這種反應(yīng)在一般條件下很難發(fā)生，必須采用性能良好的半導(dǎo)體材料和光催化劑(或光敏劑)，如用微膠粒分散在水中做催化劑。           
④射解法，即利用放射線作用于水分子而使其分解制氫，此法代價(jià)很高。
⑤生物化學(xué)分解水制氫法，它是利用在光合作用中可釋放氫的微生物而制氫的方法。上述方法中以太陽能制氫法為最可取，但仍有技術(shù)上的難題尚需繼續(xù)研究解決。

氫能的儲(chǔ)運(yùn)

目前，氫的儲(chǔ)存方法主要有以下幾種：常壓儲(chǔ)氫，高壓儲(chǔ)氫，液氫儲(chǔ)氫，金屬氫化物儲(chǔ)氫及吸附儲(chǔ)氫等。液氫儲(chǔ)氫是一種較好的儲(chǔ)氫方法，此法儲(chǔ)氫密度高。但是，制備l升液氫約需消耗電能3kW．h，在儲(chǔ)存過程中液氫還有自然揮發(fā)，因此能耗較高。金屬氫化物的出現(xiàn)為氫的儲(chǔ)存、運(yùn)輸及利用開辟一條新的途徑。近年來，清華大學(xué)、中科院金屬所、防化研究院及西北核技術(shù)研究所等單位開始對新型儲(chǔ)氫技術(shù)一納米碳材料的儲(chǔ)氫進(jìn)行了多項(xiàng)基礎(chǔ)性研究。其中，清華大學(xué)、中科院金屬所和防化研究院都在室溫下得到了儲(chǔ)氫重量比在12MPa時(shí)為8％左右的納米碳材料。

氫能的利用

現(xiàn)在人們正在研究一種“固態(tài)氫”的宇宙飛船。固態(tài)氫既作為飛船的結(jié)構(gòu)材料，又作為飛船的動(dòng)力燃料。在飛行期間，飛船上所有的非重要零件都可以轉(zhuǎn)作能源而“消耗掉”。這樣飛船在宇宙中就能飛行更長的時(shí)間。在超聲速飛機(jī)和遠(yuǎn)程洲際客機(jī)上以氫作動(dòng)力燃料的研究已進(jìn)行多年，目前已進(jìn)入樣機(jī)和試飛階段。

在交通運(yùn)輸方面，美、德、法、日等汽車大國早已推出以氫作燃料的示范汽車，并進(jìn)行了幾十萬公里的道路運(yùn)行試驗(yàn)。其中美、德、法等國是采用氫化金屬貯氫，而日本則采用液氫。試驗(yàn)證明，以氫作燃料的汽車在經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性和安全性三方面均有良好的前景，但目前仍存在貯氫密度小和成本高兩大障礙。前者使汽車連續(xù)行駛的路程受限制，后者主要是由于液氫供應(yīng)系統(tǒng)費(fèi)用過高造成的。美國和加拿大已聯(lián)手合作擬在鐵路機(jī)車上采用液氫作燃料。在進(jìn)一步取得研究成果后，從加拿大西部到東部的大陸鐵路上將奔馳著燃用液氫和液氧的機(jī)車。

氫不但是一種優(yōu)質(zhì)燃料，還是石油、化工、化肥和冶金工業(yè)中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精煉需要?dú)?，如烴的增氫、煤的氣化、重油的精煉等；化工中制氨、制甲醇也需要?dú)?。氫還用來還原鐵礦石，制成燃料電池可直接發(fā)電。采用燃料電池和氫氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，其能量轉(zhuǎn)換效率將遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的火電廠。隨著制氫、氫能儲(chǔ)運(yùn)及燃料電池技術(shù)的發(fā)展，氫能將成為其他新能源和可再生能源的最佳載體替代化石能源。

氫能系統(tǒng)由氫的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)和利用三部分組成。用太陽能或其它可再生能源制氫，用儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫，用氫燃料電池發(fā)電，將構(gòu)成近“零排放”可持續(xù)利用的氫能系統(tǒng)，可廣泛作為分布式電源。近十年來，質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)(PEMFC)取得了突破，可用于驅(qū)動(dòng)交通工具，使氫能替代液體、氣體燃料成為可能。