氢气的爆炸极限为4.0~74.2%(氢气的体积占混合气总体积比)。
最早16世纪,出现在一位瑞典医生把铁屑投到硫酸的日常中,但未被重视。后于1766年被英国化学家卡文迪什第一次进行认真研究,然而可惜的是卡文迪什并没有成为“氢之父”。直到1787年,法国化学家拉瓦锡,才将其正名为“氢”,是一种元素。
带着上述的初浅了解,小编再带大家看看他究竟是怎样?
l 在法国小说《神秋·岛》中,有这样一句话“我相信,总有一天氢气和氧气会成为产生光和热的无尽源泉”。地球上的物质66%是由氢组成的,是宇宙中最丰富的元素,构成了宇宙质量的75%,量大、丰富,供应源源不会断。
l 氢气,从中文发音就可以听出,中国人对它的定义就是“轻”,虚无缥缈。在一个标准大气压下,氢气密度是0.09kg/m³,也就是1kg氢气的体积是11m3。在350个大气压下(35MPa),1M³氢重23kg,700个大气压下(70 MPa),1M³氢重35kg(但从压强密度上看,35MPa氢气瓶的性价比高于70 MPa的)。看来,他不是简单的“轻”。
l 氢的发热值高,高达142351KJ/kg,是焦炭的4.5倍,酒精的3.9倍,汽油的3倍,是推进航天器的重要燃料之一。看起来氢作为能源时能量密度非常高,但因为密度极小的特性,氢的单位体积能源密度反而远小于现在的化石能源。有知乎学者给出这样的表格:
相信再通过这样几条的补充,我们对他的认识也在开始入门了。不过在这,不管您是氢能源的支持者,对他是赞不绝口,还是氢能源的反对者,对他嗤之以鼻,都不应该影响我们对他的了解再走向一个深度,小编也在这找到了3个聚焦点,并梳理相关资料,供大家参考。
1.政策导向
2001 年,皇家荷兰壳牌公司的主席菲尔·瓦特曾说:“石油和天然气是最重要的矿物燃料,它们曾经把整个世界推进了工业时代,但 21 世纪它们将为以氢经济为基础的能源新制度革命让出发展空间。”的确,这个时代已经迈开步伐了。追溯前源,我国产业政策历程,如下表。
2020年、2021年,国务院、国资委、工信部、国家能源局等频发政策,提及氢能产业。各省政府也纷纷出台产业扶持政策,并将氢能发展写进“十四五规划”, 勾画氢能产业版图。
各省相关政府部门的产业扶持政策收集,列表如下:
各省级“十四五”规划氢能产业相关,列表如下:
2.氢的制备
l 化石燃料制氢
化石燃料中制氢,从含烃的化石燃料中制氢,它是以煤、石油或天然气等化石燃料作原料来制取氢气。
用蒸汽和煤作原料来制取氢气的基本反应过程为:C+2H2O一CO+2H2
用蒸汽和天然气作原料的制氢化学反应为:CH4+2H2O—CO2+4H2。
l 电解水制氢
电解水制氢,是利用两个不起化学反应的电极,用一种无机酸或一种碱金属氢氧化物的水溶液传导直流电流时,在阴极生成氢气,在阳极生成氧气。阴极:电解液中的H+(水电离后产生的)受阴极的吸引而移向阴极,接受电子而析出氢气;阳极:电解液中的OH-受阳极的吸引而移向阳极,最后放出电子而成为水和氧气。
现代工业化水电解制氢工艺通常是采用所有电极并联连接的单极性电解槽和所有电极串联连接的双极性电解槽进行的,操作温度一般低于 80℃。
l 光解水制氢
自1972年日本东京大学Fujishima A和Honda K两位教授首次报导TiO2单晶电极光催化分解水从而产生氢气这一现象后,揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性,开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。
半导体材料在受到能量相当于或高于催化剂半导体的禁带宽度的光辐照时,晶体内的电子受激从价带跃迁到导带,在导带和价带分别形成自由电子e-和空穴,水在这种电子-空穴对的作用下发生电离,生成H2和O2 。
l 生物制氢
生物质通过气化和微生物催化脱氢方法制氢,在生理代谢过程中产生分子氢过程的统称,包括光解水制氢技术,暗发酵制氢技术,光发酵制氢技术,光发酵和暗发酵耦合制氢技术。
l 模拟氢化酶制氢
自然界厌氧微生物体内存在的一种金属酶,它能够催化氢气的氧化或者质子的还原这一可逆化学反应。游离氢化酶制氢包括电化学、光化学和微藻类筛选几种方法。
3.氢的应用
关于氢的应用,人们对其寄予了极大的希望和热忱,总结有3条途径,某矿权交易所人士,给出这样的图示。
l 以燃料电池为核心的氢能应用
氢能是一种理想的清洁能源,其在燃料电池领域的应用是发展氢能清洁利用的关键。燃料电池是将氢气的化学能直接转化为电能的装置。其中,氢燃料电池汽车、分布式发电、氢燃料电池叉车以及应急电源的应用已接近产业化。
l 以氢为载体的可再生能源应用
氢能是一种良好的能源载体,通过电解制氢的方式将风电、光伏电转化为氢气可提高风能、太阳能的使用量和利用效率,制得的氢气可直接利用,还可掺入现有天然气管网(控制在17%以内)实现大规模输运和利用。
l 氢在化石能源清洁利用中的应用
氢气是化石能源清洁利用的重要原料。油品质量升级和煤制清洁能源是化石能源清洁利用的主要途径,加氢是这些过程中的重要环节。
小编看出来了,政策层面浪潮涌动的再轰烈,氢作为一种能源,他的制备、储存、运输、使用的过程中都面临着一些需要解决的工程(Engineering)问题,并对材料、工艺、管理提出了相较一般燃料更高的要求,任重道远!但有方向就有希望。
美国MJC公司32年前提供设备制造的储氢产品,被美国NASA证实一直稳定可靠。科技中心作为美国MJC公司的中方代理商,在科技服务行业中也行走近40载,坚信他所提供的设备,能够为氢能源产业的进步推动一份力量。