浅谈氢能源与氢经济(四)
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摘要:美国2005年研究中的车载氢存储方法包括先进金属氢化物、碳基材料和其他高表面积吸附材料、化学氢存储材料、低成本适用罐、压缩/低温氢罐及新材料或加工方法,如笼状包合物(clathrates)和导电聚合体。[7]压缩/低温罐、金属氢化物、高表面积吸附材料和碳基材料构成了..

关键词:谈氢 能源 经济
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美国2005年研究中的车载氢存储方法包括先进金属氢化物、碳基材料和其他高表面积吸附材料、化学氢存储材料、低成本适用罐、压缩/低温氢罐及新材料或加工方法,如笼状包合物(clathrates)和导电聚合体。[7]压缩/低温罐、金属氢化物、高表面积吸附材料和碳基材料构成了车载可逆氢存储系统,因为氢再生和氢吸收可以在运载工具上发生。对于化学氢存储方法和某些金属氢化物,氢再生不可能发生在运载工具上,因此,这些系统必须进行离车再生。

  韩国氢能源研发中心的研发活动主要集中在三个主要领域:氢化物,纳米材料和压缩气体存储罐。 [8]韩国氢能源研发中心现阶段从事储氢材料研发的项目主要集中在以下几个方面:燃料电池车的高压存储系统的开发、高性能氢气存储金属氢化物材料的开发、碳纳米材料储氢、无碳纳米储氢和化学氢化物的存储和释放。

4.4氢的运输

  清华大学毛宗强教授和中国电子工程院陈霖新教授就氢气制取与储运方式提出了9 种可供选择的方案,包括以天然气和煤为原料的集中制氢和水电解制氢,以液氢槽车、高压氢集装车和氢气管道等方式输送。[9]氢虽然有很好的可运输性,但不论是气态氢还是液态氢,它们在使用过程中都存在着不可忽视的特殊问题。

  首先,由于氢特别轻,与其他燃料相比在运输和使用过程中单位能量所占的体积特别大,即使液态氢也是如此。其次,氢特别容易泄漏, 因此对贮氢容器和输氢管道、接头、阀门等都要采取特殊的密封措施。第三,液氢的温度极低,只要有一点滴掉在皮肤上就会发生严重的冻伤, 因此在运输和使用过程中应特别注意采取各种安全措施。

4.5氢能源的应用

  氢气可以通过传统的燃烧方式转化为能源,或通过电化学过程用于燃料电池。燃料电池是以氢为燃料,利用氢和氧发生化学反应产生能量的原理制成的装置。[10]使用氢燃料电池发电, 是将燃料的化学能直接转换为电能, 不需要进行燃烧, 能量转换率可达60%~80%, 而且污染少、噪音小, 装置可大可小,非常灵活。从本质上氢燃料电池的工作方式不同于内燃机, 氢燃料电池通过化学反应产生电能来推动汽车, 而内燃机车则是通过燃烧产生热能来推动汽车。由于燃料电池汽车工作过程不涉及燃烧, 因此无机械损耗及腐蚀, 氢燃料电池所产生的电能可以直接被用在推动汽车的四轮上, 从而省略了机械传动装置。实验证明,使用氢燃料电池的汽车排放的碳仅为常规内燃机的30%,造成的大气污染仅为内燃机的5%。[11]20世纪60年代, 氢燃料电池就已经成功地应用于航天领域。往返于太空和地球之间的“阿波罗”飞船就安装了这种体积小、容量大的装置。进入70 年代以后, 随着人们不断地掌握多种先进的制氢技术, 很快氢燃料电池就被运用于发电和汽车。

  2004年5月, 美国建立了第一座氢气站, 加利福尼亚州的一个固定制氢发电装置“家庭能量站第三代”开始试用。这个装置用天然气制造氢气维持燃料电池,第三代比第二代的重量轻了30%, 发电量却提高了25%, 同时氢气的制造和储存能力提高了50%。2005年7月, 世界上第一批生产氢能燃料电池汽车的公司之一戴姆勒-克莱斯勒公司研制的“第五代新电池车”成功横跨美国, 刷新了燃料电池车在公路上行驶的纪录, 该车以氢气为动力, 全程行驶距5245km, 最高时速145km。

  2005年,日本经济产业省的“新能源大奖”就授予一幢节能大厦, 这栋大厦用燃料电池供应能源, 使用热电互换、节能材料等各种技术。

  加拿大在氢能源技术利用方面, 提出了如下多项开发计划。如“氢能村计划”, 由政府和私营企业在多伦多地区建立氢能村, 部署和示范不同的氢设施技术;“温哥华燃料电池车计划”, 加拿大联合福特汽车公司在不列颠哥伦比亚低地地区测试燃料电池汽车的性能。此外, 正在酝酿中的计划有“氢能走廊”, 即在温莎与蒙特利尔之间的900km 高速路设置加氢站;“氢能机场”, 即以氢能技术装备机场, 使蒙特利尔机场内部各式交通车辆氢能化。

  此外, 以氢能为燃料的烹饪炉、发电机组和氢照明灯等的研究也取得显著进展。

4.6氢能源管理模式

  氢经济社会的能源基础设施为分布式氢能源网。分布式氢能源网将导致人类的能源新制度革命, 与之相伴的氢经济的发展将对未来的经济社会组织结构、人类行为方式、人类聚居方式、社会经济发展布局、人类生存发展环境、国家安全等引起根本性的变革和影响。氢经济社会将以分布式的、非中央化的、民主化的氢能源网为能源基础设施。

  五.氢经济发展的挑战

  就在新能源发展前景一片光明的同时, 也面临着一些困惑和挑战。比如:成本高、供给形态不够稳定、综合利用效率不高等。氢能的利用要通过燃料电池,而且现在许多燃料电池使用天然气和其它化石燃料重整生产的氢作为燃料。用可再生资源发电制氢的成本高而且规模都很小。燃料电池也很贵, 与任何一种新技术一样, 燃料电池的生产还没有达到一个基本的经济规模, 所以还不能大幅度降低每单位的生产成本。

  因此,在此期间需要开展大量的有关解决关键技术瓶颈(例如氢生产、存储和安全,以及燃料电池运行费用和耐久性)的基础研究。像人类历次基础能源重大转换一样, 从目前的化石能源系统向氢能源系统的转变, 不仅需要有各方面相当成熟的技术, 而且还要有巨大的基础设施建设和设备投资,包括建设氢能管道网、储存设施、加氢站等。在目前的城市天然气管线、加油站等基础设施建设中,要考虑与未采氢能源的兼容性,将氢能基础设施建设纳入国家基础设施建设和城市建设的整体规划中。另外需加快氢燃料公交车辆等示范项目的建设,通过政府扶持的公共项目,使公众逐步认识氢能源可能给经济、社会和生活带来的巨大变化。  

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