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1、 通识课程论文 题 目：未来的重要能源氢气 专业班级：财务管理092班 姓 名： 学 号： 联系电话 : 目录摘要- 1 -关键字- 1 -引言- 1 -正文- 2 -1什么是氢气- 2 -11氢气的理化性质- 2 -12氢气的主要性能- 2 -13氢气的制取方法- 2 -14氢气的运用- 3 -15氢气的危险特性- 4 -16氢气的优点- 4 -2氢气在现实中的应用- 5 -21汽车业- 5 -22航天工程- 6 -23其它方面- 7 -3氢气的发展趋势- 7 -31性能角度- 7 -32经济角度- 9 -总结- 11 -参考文献- 11 -图表目录图表 1 启普发生器- 3 -图表 2 氢
2、气燃料汽车- 4 -图表 3 氢气辅助系统- 6 -图表 4 各种燃料CO2排放的比较- 7 -图表 5 几种燃料的热值- 8 -未来的重要能源氢气摘要氢气（Hydrogen）作为一种清洁能源近年来越来越受到广泛的重视。氢气制取的原材料是水，因此，相对于汽油、柴油等能源来说，它的使用不会对环境造成污染。在倡导可持续发展和保护环境的今天，这样的无污染能源越来越受到大家的青睐。同时，我们可以相信，在不久的将来，氢气将会成为重要的能源之一，为我们的生产生活带来便利。关键字氢气（Hydrogen） 重要能源 无污染引言当今，全球的经济和科技在相互作用下不断发展，呈现出一番欣欣向荣的景象。然而，在这些发
3、展的背后也在不断滋生出一系列的问题。发展所带来的能源消耗，已近导致一些能源的数量开始告罄。一些能源使用所带来的环境问题也在不断浮出水面。现在和未来，人们需要思考的不仅仅是怎样节约资源，而更多的应该寻找出一种洁净、丰富的资源，来满足社会发展的需要。氢气以其热量高、资源丰富、清洁等特点，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用。人类对氢能源的实际应用可以追溯到200年前。氢储量丰富、易于获得，是理想的能源载体。氢燃料优点很多，其中之一是实现了二氧化碳零排放。这一特点使氢燃料这在处处高呼节能减排世界显得尤为抢眼。正文1什么是氢气11氢气的理化性质
4、氢气是无色并且密度比空气小的气体（在各种气体中，氢气的密度最小。标准状况下，1升氢气的质量是0.0899克，相同体积比空气轻得多）。因为氢气难溶于水，所以可以用排水集气法收集氢气。另外，在101千帕压强下，温度-252.87时，氢气可转变成无色的液体；-259.1时，变成雪状固体。常温下，氢气的性质很稳定，不容易跟其它物质发生化学反应。但当条件改变时（如点燃、加热、使用催化剂等），情况就不同了。如氢气被钯或铂等金属吸附后具有较强的活性（特别是被钯吸附）。金属钯对氢气的吸附作用最强。12氢气的主要性能高燃烧性，还原剂，液态温度比氮更低。氢气的主要性能有：1) 可燃性氢气的燃烧，实质上是氢气与氧气
5、反映生成水（2H2+O2=点燃=2H2O），这一反应过程中有大量热放出，燃烧时放出热量是相同条件下汽油的三倍。因此可用作高能燃料，在火箭上使用。我国长征3号火箭就用液氢燃料。然而不纯的氢气点燃会发生爆炸。根据氢气所具有的燃烧性质，它可以作为燃料，可以应用与航天、焊接、军事等方面；2) 还原性根据它的还原性，还可以用于冶炼某些金属材料等方面。13氢气的制取方法可分为以下几种： 1) 工业氢气生产方法： 由煤和水生产氢气（生产设备煤气发生设备，变压吸附设备） 有裂化石油气生产（生产设备裂化设备，变压吸附设备，脱碳设备） 电解水生产（生产设备电解槽设备） 工业废气。 2) 民用氢气生产方法： 氨分解
6、（生产设备汽化炉，分解炉，变压吸附设备） 由活泼金属与酸（生产设备不锈钢或玻璃容器设备） 强碱与铝或硅（生产设备充氢气球机设备）一般生产氢气球都用此方法。 甲醇裂解（生产设备导热油炉，甲醇汽化裂解设备，变压吸附装置）一般用氢气量 较大化工厂均用此方法。 3) 试验室氢气生产方法： 硫酸与锌粒（生产设备启普发生器）图表 1 启普发生器4) 其他 由重水电解 由液氢低温精镏 14氢气的运用氢是主要的工业原料，也是最重要的工业气体和特种气体，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、浮法玻璃、精细有机合成、航空航天等方面有着广泛的应用。同时，氢也是一种理想的二次能源（ 二次能源是指必须由一种初级能源
7、如太阳能、煤炭等来制取的能源）。在一般情况下，氢极易与氧结合。这种特性使其成为天然的还原剂使用于防止出现氧化的生产中。在玻璃制造的高温加工过程及电子微芯片的制造中，在氮气保护气氛中加入氢以去除残余的氧。在石化工业中，需加氢通过去硫和氢化裂解来提炼原油。氢的另一个重要的用途是对人造黄油、食用油、洗发精、润滑剂、家庭清洁剂及其它产品中的脂肪氢化。由于氢的高燃料性，航天工业使用液氢作为燃料。15氢气的危险特性氢气与空气混合能形成爆炸性混合物，遇热或明火即会发生爆炸。气体比空气轻，在室内使用和储存时，漏气上升滞留屋顶不易排出，遇火星会引起爆炸。氢气与氟、氯、溴等卤素会剧烈反应。16氢气的优点1) 资源
8、丰富氢气以水为原料，电解便可获得。水资源在地球上的量相当充足，即可以通过分解水来获得氢气。2) 热值高氢燃烧的热值高居各种燃料之冠，据测定，每千克氢燃烧放出的热量为1.4*108焦耳，为石油热值的3倍多。因此，它贮存体积小，携带量大，行程远。 3) 氢为燃料最洁净氢的燃烧产物是水，对环境不产生任何污染。相反，以汽油，柴油为燃料的车辆，排放大量氮氧化物，四乙基铅Pb(C2H5)4，会导致酸雨，酸雾和严重的铅中毒。更重要的是，废气中还含有3，4-苯并芘的强致癌物质，污染大气，危害健康。因此，近年来世界各国对以氢为新型能源的研究颇为重视。日本于1984年5月24日在富士高速公路以每小时200千米速度
9、首次试车（以氢为燃料）成功。 图表 2 氢气燃料汽车2氢气在现实中的应用氢气之所以能被赋予期望成为未来的重要能源，是因为它的应用领域很广，更有比较其它能源具有其独特的优势。21汽车业水能源氢燃料，它可以单独作为内燃机的燃料，也可以渗与汽油或者天然气作为混合燃料即“燃油加氢”，燃油加氢的结果，可大大改善汽油的燃烧，水能源氢气的热值是汽油的28倍。着火界限很宽，在空气中燃烧的着火界限为474，比汽油和柴油的着火界限大很多。这就是说可以稀薄燃烧，空气中只要有4的水燃料成分就可以猛烈燃烧，汽油却望尘莫及。这种特性对于降低发动机的部分负荷时的能耗率有重要意义。水能源氢燃料有很高的火焰传播速度。抗爆性比汽
10、油好。点火能量较低，可以低到0.019 MJ比汽油低得多。所以，水能源氢燃料渗与汽油燃烧后，所需点火能量可以降低，总之，可以这样断言：在当今世界，没有任何一种燃料的性能比得上水能源氢燃料。最重要的一大特点，水能源氢燃料是一种清洁燃料，其燃烧产物又变成水，没有碳和碳烟。关键是制氢的能量来自汽车增加一个配套的发电机，原料是水，几乎不花钱。如此低廉的节能环保成本，是其它方式无可比似的。我们又断言：对人类环境的保护和贡献，没有任何一种燃料能与我们的水能源氢燃料相比。氢气作为汽车燃料的优越性与用汽油或柴油作燃料的汽车相比：1) 氢气与空气混合，燃烧完全，效率高，爆炸的膨胀速度威力不但远远超于传统燃烧方式
11、，而且氢气燃料（成本）消耗少。当爆炸的膨胀峰值最高时曲轴的结构力矩也是最大的，发动机运转扭矩大，动力强劲。而且只排放微量的水气，对大气层没有任何的污染。尾气排放一氧化碳可降低到0，氧化氮降60ppm，碳氢化合物降为0，铅含量降为0。是真正的环保绿色动力能源 2) 氢气的燃烧热值较高，动力性能较好，可以稀薄燃烧。 3) 氢气不像汽油（柴油）会进入曲轴箱稀释机油，影响润滑效果。因此，消耗机油量减少，延长了发动机的使用寿命。 4) 由于氢气是现产现用，且在空气中挥发极快，不像汽油（柴油）一样从油箱和化油器中蒸发到大气中，造成污染大气。 5) 因车用氢气是随制随用在钢瓶内储存量较少，而钢瓶较油箱强度高
12、，且耐冲击，万一出现意外事故，氢气不会自行流出。即使有泄漏，由于氢气的比重轻，会快速的挥发到高空，不会造成危害。 6) 由于车用氢气系统具有完善的完全结构，可防止、过压、过流，还拥有防泄漏及隔离装置。7) 相对而言，用发动机自身的动力生产氢气成本比较低，可降低运行成本。图表 3 氢气辅助系统22航天工程液氢是由氢气液化而成的无色无臭的透明液体。而液氢作为一种推进剂是在70年代后期，80年代初期才开始引起各国的关注。低温推进剂液氢是当前较为先进的宇航用推进剂，其主要的特点是能源高、比冲大；在世界上拥有的火箭发射技术的国家所使用的各种推进剂中，液氢的使用较为广泛。不论是美国，欧洲，还是日本，对液氢
13、的需求都是随宇航事业的发展而增加的。美国从50年代后期开始 以工业规模生产液氢，所生产的液氢除供应大型火箭发动机试研场和火箭发射基地以外，还供应大学、研究所、液氢泡室、食品工业、化学工业、半导体工业、玻璃工业等部门。美国的工业规模氢液化设备，都是1957年 以后建成投产的，07ld-17ld的工厂6座，30ld的4座，60ld的1座。随着美国宇航工业的需要，1965- 1970年液氢生产达到了历史最高水平，日产液氢约220t。其后，由于美国宇航工业紧缩，液氢产量也随之有所下降。目前，老的中小型设备已经停产，仅有几座大型设备在运行。 欧洲、日本，虽然都有工业规模生产装置，但其生产规模、液氢产量，
14、尤其是产品价格，根本无法与美国相比。我国的情况还要差一些，目前仅有陕西兴平化肥厂的液氢生产装置和101所新建液氢生产装置可生产。兴平装置名义产量可达1200Lh，但开工生产率不足10，因为产品仅供航天发射和氢。氧发动机研制试验用，而且工艺流程落后、生产设备陈旧日，液氢价格异常昂贵，用户一次购量超过100m3售价为20000元m3 不足20m3时，价格竟高达50000元m3。而且，每辆液氢铁路槽车要外加10万元的预冷费。101所新建氢液化装置目前尚处试运行阶段，许多方面还不能下结论。但有两点似乎可以肯定：其一是氢液化工艺的技术水平提高了一大步；其二是液氢生产成本会有所降低，但不会降低很多。这主要
15、是因为生产规模小，原料氢生产工艺落后（电解水制氢）、生产成本高。 美国由于实现氢液化设备大型化的同时，政府还对设备提供全部贷款援助，而且规定设备偿还费与产品、产量无关。许多液氢生产厂又采用从废气中提取原料氢，所以液氢价格非常低廉，到70年代后期随着生产规模的不断扩大，液氢价格已降到10-20美分磅（15.6-31.2美元m3）。23其它方面氢气还被运用于电子工业、冶金工业、食品工业、浮法玻璃、精细有机合成等领域，其中，应用量最大的是作为一种重要的化工原料，用于生产合成氨、甲醇以及石油炼制过程的加氢反应。合成氨、甲醇用的氢大部分是由天然气、石脑油或重油的蒸汽转化或部分氧化制取，石油炼制工业用氢量
16、仅次于合成氨。3氢气的发展趋势31性能角度相对于传统的燃料而言，氢气类燃烧对环境几乎是零污染的。传统燃料所表现出来的资源有限而对环境产生污染的弊端，使得氢气作为未来人类社会发展的重要的能源的优势日益突出。图表 4 各种燃料CO2排放的比较从上面的统计表我们可以看出，与其它燃料燃烧时所释放的CO2的量相比，氢气燃烧释放的CO2量几乎没有，这是因为氢气燃烧的产物主要的水和少量的氮化氢，而其他的燃料除了二氧化碳之外还会生成CO、NO2、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物质，少量的氮化氢经过适当的处理也不会污染环境，且燃烧生成的水还可继续制造氢，反复循环使用。所以，从环保的角度来分析，相
17、对于煤，柴油等传统的燃料来说，氢气类能源更有益于环保。图表 5 几种燃料的热值 而另一方面，我们从燃料的燃烧热值来分析氢气的使用价值。从上表分析各种常见燃料的热值比较来看，氢气的热值是最大的，这就是说，为了得到同一值的热值，使用氢气在量上可以比使用其它燃料要少得多，这样也可以大大的缩小燃料的储存空间。氢可以减轻燃料自重，可以增加运载工具有效载荷，这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源，更便于携带。从未来的汽车业和航天飞行的发展观望来说，我们坚信，燃料的环保、安全、高效将是他们的首选，而氢气具备了这全部的优点，无疑是这些行业未来发展的重要选择。32经济角度相对于现在应用最广泛的
18、石油而言，近几年，国际原油不断走高，价格的不断增长对人们的生产生活都带来了很大的影响。一方面，石油的资源有限，主要分布在中东地区，开采和运输都是造就价格走高的主要因素；而另一方面，石油燃烧对环境的污染也是越来越大，这主要是因为人类的生产生活不断发展对资源需求所致，这也将进一步加快石油能源的消耗。氢气的制取主要原材料是水，因此，氢气的资源是源源不绝的。作为氢气类燃料燃烧的产物水对环境几乎是零污染，这无疑会使氢气成为人类未来能源的“宠儿”目前制约氢发展的主要障碍是成本，但我们有充足的理由相信，在对环境要求日益提高的今天，巨大的商业利益驱动将把氢产业推向快速发展道路。对氢能角色和地位的认识过程，也就
19、是氢能从 “士兵到元帅” 的过程。在未来社会中， 氢可以扮演的角色为：用氢气代替化石燃料， 化石能源留作化工原料；减少远距离高压输电，通过管道网， 送氢气至千家万户； 逐步减少跨省市地区的大电网，节省大量金属材料；各种类型空气 、 氢燃料电池成为普遍采用的发电工具； 减少内燃机动力， 大幅度降低能源污染隐患和内燃机车噪音源；城市污水成为氢能源供应和回收的完善循环系统。从氢气的制取来分析氢气的成本。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、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4的氢是用电解水的方法制取的，但消耗的电能太多，很不划算，因此，人们正在积极探索
20、研究制氢新方法。 人们开始想到用阳光来分解水来制取氢气，设想在水里加入某种催化剂，使水在阳光的照射下，由催化剂作用来分解水。这样，在未来的汽车、飞机的运用中，只要在邮箱里面加入水，再加入光水解催化剂，那么，只要有阳光的照射，水就可以分解出氢气，为汽车、飞机提供发动能源。科学家们还发现，一些微生物也能在阳光作用下制取氢。人们利用在光合作用下可以释放氢的微生物，通过氢化酶诱发电子，把水里的氢离子结合起来，生成氢气。前苏联的科学家们已在湖沼里发现了这样的微生物，他们把这种微生物放在适合它生存的特殊器皿里，然后将微生物产生出来的氢气收集在氢气瓶里。这种微生物含有大量的蛋白质，除了能放出氢气外，还可以用
21、于制药和生产维生素，以及用它作牧畜和家禽的饲料。现在，人们正在设法培养能高效产氢的这类微生物，以适应开发利用新能源的需要。引人注意的是，许多原始的低等生物在新陈代谢的过程中也可放出氢气。例如，许多细菌可在一定条件下放出氢。日本已找到一种叫做“红鞭毛杆菌”的细菌，就是个制氢的能手。在玻璃器皿内，以淀粉作原料，掺入一些其他营养素制成的培养液就可培养出这种细菌，这时，在玻璃器皿内便会产生出氢气。这种细菌制氢的效能颇高，每消耗五毫升的淀粉营养液，就可产生出25毫升的氢气。美国宇航部门准备把一种光合细菌红螺菌带到太空中去，用它放出的氢气作为能源供航天器使用。这种细菌的生长与繁殖很快，而且培养方法简单易行
22、，既可在农副产品废水废渣中培养，也可以在乳制品加工厂的垃圾中培育。对于制取氢气，有人提出了一个大胆的设想：将来建造一些为电解水制取氢气的专用核电站。譬如，建造一些人工海岛，把核电站建在这些海岛上，电解用水和冷却用水均取自海水。由于海岛远离居民区，所以既安全，又经济。制取的氢和氧，用铺设在水下的通气管道输入陆地，以便供人们随时使用。 目前困扰氢气被广泛使用的是它的制取成本，然而在未来的发展中，随着人们探究出氢气经济点的制取方法，氢气的广泛使用将成为可能。总结虽然液氢的广泛生产及应用尚有许多困难，但氢具有其独特的优势，足以使它较其它能源成为未来发展的优选能源之一。由于氢气燃烧的产物是水，对环境几乎
23、是零污染，因此它是最洁净、最理想的能量载体。随着人类社会的发展和科学技术进步，氢在许多部门，如航天、航空、运输、电子、冶金、化工、食品、玻璃，甚至民用燃料部门必将得到广泛采用。由于市场的扩大，液氢生产规模必将随之扩大，工艺水平不断提高，因而液氢生产成本会大大降低，从而使液氢生产及应用走向良性循环。要做到这一点，除了从事液氢研究、生产的工程技术人员不懈努力，改进生产工艺、研制先进设备之外，更重要的是政府要制定适当的政策，大力扶持液氢工业，有效地宣传、组织、促进各部门对液氢的推广、应用。我们坚信，未来的发展必须是科学化、可持续化的。人类希望在发展的过程中能与环境共存，互相促进共同的进步。因此，不仅
24、仅是氢气，只要对我们的生存和发展有促进作用并且无损环境，都将成为人类未来发展的重要原材料。当然，在这个过程中，我们必须要认识到事物的双面性，清楚了解负面作用所带来的对自然生态、环境、或是人类自身生存的危害。优化对能源的利用，使能源的利用做到低量、高效、经济化。参考文献1 闫卫东 刘吉祥. 国内外氢能发展概况.新能源New Energy.2003年第2期2 毛宗强氢能及其近期应用前景.文章编号：1000-7857（2005）02-0034-05.科学导报第23卷第2期3 （美）豪厄尔主编 杨登维等译.氢气作为通用燃料的潜力及其与矿物燃料的比较.出自能源气的未来.石油工业出版社,1999年04月第1版.
