氢能-未来洁净能源

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1、向文国能源与环境学院1.氢是什么？氢原子最轻的元素，是宇宙中含量最多的元素符号：H；电子排布：1s1原子序数：1含1个质子，不含中子熔点：-259.1℃；沸点：−252.879℃发现时间：1766年；发现者：亨利·卡文迪什原子质量：1.00794±0.00001u−1−1热容：28.836J·mol·K−1−1热导率：0.1805W·m·K密度：(0℃,01.325kPa)0.08988g/L常温常压下，氢气是一种极易燃烧，无色透明、无臭无味的气体氢气燃烧生成水(H+O→HO)，拉瓦锡根222据这一性质将该元素命名为“hydrogen”氢

2、气在空气中的体积分数为4%至75%时都能燃烧。氢气燃烧的焓变为−286kJ/mol:2H(g)+O(g)→2HO(l);ΔH=-572kJ/mol222氢气的着火点为500℃，纯净的氢气与氧气的混合物燃烧时放出紫外线地球上极稀少的游离状态氢，在地壳里，如果按质量计算，氢只占总质量的1%，而如果按原子百分数计算，则占17%。自然界中分布很广，以重量百分比计算，水中含11%的氢；泥土中约有1.5%的氢；石油、天然气、动植物体也含氢。宇宙中，按原子百分数，氢最多。在太阳大气中，按原子百分数计算，氢占93%。在宇宙空间中，氢原子的数目比其他所有元素原子的总和约

3、在三角座星系的NGC604是大100倍。一个巨大质量的电离氢区来源：http://zh.wikipedia.org/wiki/氢氢是一种清洁能源载体燃烧放热，产物是水，不产生污染，可以作为能量储存自然界单质稀少，属于二次能源氢气是质量能量密度极高，汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍水是氢的来源，氢能是取之不尽用之不竭的洁净能源二氧化碳-GreenhouseGas零排放回顾人类使用能源的历程传统能源对人类社会文明的贡献：木材，原始社会，造就了农耕文明煤炭，1757年，工业革命（蒸汽机），造就了工业文明石油、常规天然气，1895年，造就了现代

4、文明隐含脱碳的进化：H/C木材=1:10~1:3，煤1:2，石油2:1，天然气4:1；人类社会的进步，是逐步由高碳（煤炭）、中碳（石油）到低碳（天然气），再到无碳（氢气）的过程，即朝高氢利用方向2.未来氢能构想过渡到氢能经济时代的话，需要考虑：制氢运输储存能量转换能量使用有关制氢的问题氢元素丰富，但是作为单质氢存在很少作为化合物以水的形式存在或富存于化石能源中，需要制备化石能源制备过程会产生污染以及排放温室气体电解水需要消耗高级电能技术方面如何获取氢能源如何运输如何存储怎么使用3.制氢现有制氢技术现有现状（美国）48%naturalg

5、asElectrolysis4%30%oilCoal18%coal18%4%electrolysisNaturalGas48%全球需量50milliontonnes/yrOilGrowing10%/yr30%US产量11milliontonnes/yr来源：http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_economy中国：80%H用于合成氨262-65%来自于煤、焦炭，12-16%来自于轻油、重油，18-23%来自于天然气以消耗化石能源为代价，但仍将持续一段时间，直到新技术成熟制氢方法SteamReforming

6、化石能源重整FossilFuels重整CO+HPartialOxidation2气化CO+H2CoalGasification水解电解水制O2和H2ElectrolysisWater高温水解Thermochemical研究试验阶段生物自制备BiomassGasification气化BiomassMicrobial实验室小规模试验化石能源制氢：甲烷蒸汽重整来自碳氢化合物天然气，低碳碳氢化合物Water(steam)+hydrocarbon在高温(700–900℃)下混合Steam(HO)与methane(CH)24反应CH+HO→C

7、O+3H-422191.7kJ/mol高温、催化剂Catalysts:Ni,orAu-Ni水煤气变化反应watergasshiftreaction进一步将CO转化为H2放热反应，温度低(<400℃)watergasshiftreactionCO+H2O→CO2+H2+40.4kJ/mol工业上一般分两步走高温变换HT-WGS，温度350℃低温变换LT-WGS，温度200℃催化剂HTLTPSA变压吸附PressureSwingAdsorption（PSA）化石能源-煤气化（Gasification）制氢煤的主要成分C，H，O，S，N，……（元素分

8、析）灰分