氢能源制备方法研究与与思考
内容概要：氢能作为一种人类所期待的清洁的二次能源，具有资源丰富，洁净能源，发热值高，可储能源等优点。氢能源的研究，开发和利用正受到越来越广泛的重视，在21世纪中期，氢能源有可能将取代石油，成为使用最广泛的燃料之一。但是如今，氢能源正处于技术开发阶段，虽然地球上氢元素含量十分丰富，但是游离的分子氢却十分的稀少。氢一般以化合物的形态存在于水，生物质和矿物质燃料中，要从这些物质中获得氢，需要消耗大量的能量，要实现氢能源大规模的制取，重要的是找到一种简单廉价低耗能的制取氢能源的方法和途径。
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随着人类社会能源供求矛盾的加剧和化石燃料的造成的对环境的威胁，对新的二次能源的开发日益迫切。氢能就是一种人类所期待的清洁的二次能源。燃烧热值高，每千克氢燃烧后的热量，约为汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。资源丰富，氢气可以由水制取，而水是地球上最为丰富的资源。氢具有气液固三相状态，便于储运。
但是，如今现阶段氢能源还处于技术开发阶段，通常人们所指的氢能，是指游离的分子氢所具有的能量，虽然地球上氢元素含量十分丰富，这种氢元素往往以化合物的形态存在于水、生物质和矿物燃料中，不能直接获取游离氢分子及其具有的能量。只有制取出游离的氢分子，才能获得这种高效清洁的二次能源氢能源，但是游离态的氢分子在地球中存在十分的稀少，要获得氢能源，就必须从氢的化合物中制备出游离的氢分子。
制备氢的过程是耗能的过程，如果消耗的能量比制备出来的氢能还多，那么制取氢能是得不偿失的。为了大规模的制取氢，需要寻找一种简单廉价低耗能的方法。
氢气的制备方法有：1、电解水制氢 2、水煤气法制氢 3、由石油热裂的合成气和天然气制氢 4、焦炉煤气冷冻制氢 5、电解食盐水的副解氢 6、酿造工业副产 7、铁与水蒸气反应制氢。
近年来，各国科学家研究出了一些制取氢的新方法，我国科学家也试验出一些制取氢的新方法，这些新方法如下：1、用氧化亚铜作催化剂从水中制氢 2、用新型的钼的化合物从水中制氢 3、用光催化剂反应和超声波照射把水完全分解的方法 4、陶瓷跟水反应制氢 5、甲烷制氢气 6从微生物中提取的酶制氢气 7、从细菌制氢气 8、用绿藻生产氢气 9、有机废水发酵法生物制氢气。
电解水制氢：水电解制氢是有很长历史的目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的逆过程，因此在理论上可以利用外加电能使水分解。水电解过程就是在直流电通过导电水溶液使水分解成氢气和氧气，理想状态下制氢的电能消耗为32.9kW*h/kg.一般能量效率为70%左右。工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。利用电网峰谷差电解水制氢，作为一种贮能手段也具有特点。我国水力资源丰富，利用水电发电，电解水制氢有其发展前景。太阳能取之不尽，其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统，国外已进行实验性研究。随着太阳电池转换能量效率的提高，成本的降低及使用寿命的延长，其用于制氢的前景不可估量。随着氢能应用的逐步扩大，水电解制氢方法必将得到发展。
甲烷或碳与水蒸气反应制氢：采用煤、石油和天然气等化石燃料。在一定温度下与水蒸气发生催化反应，可以产生氢气。由于制氢反应都是吸热反应，需要热量，所以要加外部热源。
生物质制氢：生物质资源丰富，是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物制氢。其中生物质气化制氢是将生物质原料如薪柴、麦秸、稻草等压制成型，在气化炉（或裂解炉）中进行气化或裂解反应可制得含氢燃料。我国在生物质气化技术领域的研究已取得一定成果，在国外，由于转化技术的提高，生物质气化已能大规模生产水煤气，其氢气含量大大提高。另一种生物质制氢是微生物制氢，微生物制氢技术亦受人们的关注。利用微生物在常温常压下进行酶催反应可制得氢气。生物质产氢主要有化能营养微生物产氢和光合微生物产氢两种。属于化能营养微生物的是各种发酵类型的
一些严格厌氧菌和兼性厌氧菌）发酵微生物放氢的原始基质是各种碳水化合物、蛋白质等。目前已有利用碳水化合物发酵制氢的专利，并利用所产生的氢气作为发电的能源。光合微生物如微型藻类和
光合作用细菌的产氢过程与光合作用相联系，称光合产氢。
热化学制氢：从水中制氢，也可以通过高温化学的方法进行，在氧化物体系、卤化物体系、含硫体系和杂化物体系为中间载体物料，这些体系只是反应的中间媒介，它在反应中并不消耗，仅参加反应。为了防止和氧气反应生成新的氧化物，一般采用快速冷却的方法，使其冷却为固体，然后分离出来。整个过程仅消耗水和一定的热量。由于产物分离技术尚不成熟，目前热化学制氢还没商业化。
各种化工过程副产氢气的回收：多种化工过程如电解食盐制碱工业、发酵制酒工艺、合成氨化肥工业、石油炼制工业等均有大量
副产氢气，如能采取适当的措施进行氢气的分离回收，每年可得到数亿立方米的氢气。这是一项不容忽视的资源，应设法加以回收利用。目前化工厂副产氢气的回收，可提供一种较为廉价的氢源，应予以重视。
由于受到产量、成本和能耗方面的限制，一些制氢方法不能达到规模化制氢的要求。但是随着科学技术的进步，一些简单廉价低耗能的制氢方法的运用，必将得到广泛的运用，从而极大的促进氢能源事业的发展。从目前阶段看。核能热利用制氢、太阳能电解和热分解制氢和生物制氢有着很好的发展前景，有待我们进步研究探索。
参考资料：
1、左然 《可再生能源概论》机械工业出版社
2、潘健民 《氢能的重要性和制氢方法浅析》 环境保护出版社
