氢能源开发与利用发展现状浅析

氢能源开发与利用发展现状浅析

阎玮赵康

北京航天试验技术研究所北京100074

摘要：目前，我国是科技快速发展的新时期，随着世界环境污染的严重以及国际能源局势的紧张，不可再生能源的开采利用已经不能满足未来世界的可持续性发展，所以必须要使用新型环保可再生能源替代传统的石油、天然气等不可再生能源。氢能源属于一种高效清洁环保的能源，所以在全世界范围内对氢能源的开发、研究都十分活跃。就目前我国的现状来讲，对氢能源的开发有着极为重要的价值。对氢气实行大规模的生产制造是氢能源推广应用的保障，同时氢能源的储运也是氢能源应用过程中最为重要的一个环节。

关键词：氢能源；技术发展趋势；现状

引言

当今世界开发新能源迫在眉睫，原因是目前所用的能源如石油、天然气、煤，均属不可再生资源，地球上存量有限，而人类生存又时刻离不开能源，所以必须寻找新的能源。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时，人们期待的新的二次能源。发展氢能源，将为建立一个美好、无污染的新世界迈出重要一步。

1氢能源的制取方式

水通过光分解可制得氢，水是取之不尽，用之不竭的原料，又十分低廉，地球的表面有的是水，储量很大。氢燃料燃烧后又生成水，是一种燃烧无害、十分清洁的能源。氢在储存、输送上比电力损失小，而且氢燃烧热值高，1kg氢燃烧产生的热量相当于3kg汽油或4.5kg焦炭的发热量。随着太阳能研究和利用的发展，人们已开始利用阳光分解水来制取氢气。在水中放入催化剂，在阳光照射下，催化剂便能激发光化学反应，把水分解成氢和氧。例如，二氧化钛和某些含钌的化合物，就是较适用的光水解催化剂。人们预计，一旦当更有效的催化剂问世时，水中取“火”——制氢就成为可能，到那时，人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水，再加入光水解催化剂，那么，在阳光照射下，水便能不断地分解出氢，成为发动机的能源。本世纪70年代，人们用半导体材料钛酸锶作光电极，金属铂作暗电极，将它们连在一起，然后放入水里，通过阳光的照射，就在铂电极上释放出氢气，而在钛酸锶电极上释放出氧气，这就是我们通常所说的光电解水制取氢气法。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，还可以用于制药和生产维生素，以及用它作牧畜和家禽的饲料。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。对于制取氢气，有人提出了一个大胆的设想:将来建造一些用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。

2资金的缺失

氢能源有两大类使用方法。第一类被称为“热化学”方法，即燃烧。另一类被称为“电化学”方法。氢燃料电池技术则属于后者，被认为是利用氢能、解决未来人类能源危机的终极方案。“氢燃料电池是目前市场热衷度最高的氢能源利用技术。利用氢气和氧化剂在电池内的化学反应直接生产电能，具有无污染、节能、高效、安静、安全等特性，可用于新型汽车、发电站、潜艇和家庭直接供电等。”上海攀业氢能源科技有限公司（以下简称“攀业氢能源”）副总经理施涛向记者介绍道。攀业氢能源是国内较早从事燃料电池产业化工作的企业之一，于2006年1月成立，一直致力于燃料电池的商业化应用。依靠几百万的天使投资作为启动资金，成立7年多以来，资金问题一直是攀业氢能源往前发展的瓶颈。事实上，攀业氢能源是其他氢能源民营企业羡慕不已的对象，因为2010年，其获得了北极光创投2000万元的风险投资。“据我了解，我们公司是国内唯一一家真正拿到风险投资的公司。”施涛对记者说。如今，两年多已过，因为产品并未真正实现商业化，攀业氢能源还是处在投入大于产出的阶段，“寻找新的资金支持”成为公司不得不面对的重任。“其他民营氢能源公司的资金状况更不好看。国内几家大型的氢能源公司，很多都是靠国家863计划的资金得以维计，但总共加起来，每年也只有几千万。”国家标准委员会负责燃料电池标准制定的卢琛珏所长向《能源》记者透露。“科技部‘十二五’规划项目中对燃料电池承诺的资金，到目前也并未落实多少。”相比于电动车市场每年动辄上百亿的投资，以及热钱对其的追捧，氢能源市场可谓门庭冷落。据记者了解，截至2011年，德国就已投资3.93亿欧元用以融资，支持氢能及燃料电池技术的发展。曾有国内氢能技术的企业做过调研，想要大步伐推进氢能技术的发展和产品的市场化应用，初期的投资将需要达到20-30亿元。“现实情况是，国内真正的氢能源市场并未启动，资本不敢进来，而国家政策方面的资金投入也远远不够。”卢琛珏说。众多民营企业企图寻求国企等大型企业的投资，以期望依附在集团之下，获得进一步的发展。中靖新能源就依靠江苏中靖集团的财力，才得以持续地进行科研投入。但也有不少企业因得不到资金支持而中途夭折。“产品未实现大规模量产，难以获得收入，但投资不足，拖延了技术进步和产品产业化的步伐”，这成为国内氢能源企业面临的无奈循环。这也是目前为止，国内尚未出现特别突出和规模较大的氢能源公司的原因之一。

3押宝备用电源

相比于国外企业对于燃料汽车的热衷程度，国内车企却显示出淡漠态度。加之我国加氢站资源的匮乏，国内尚未形成规模的氢能源企业只能将氢能源技术的研制发展转向于更为简单和较易实现商业化生产的氢能备用电源上。

4氢能技术发展趋势

目前，氢能利用的技术开发已在世界主要发达国家和发展中国家中启动，并取得不同程度的成果。今后，氢能的开发利用技术主要从三方面开展，氢能的规模制备、储运及相关燃料电池的研究。氢的规模制备是氢能应用的基础，氢的规模储运是氢能应用的关键，氢燃料电池汽车是氢能应用的主要途径和最佳表现形式，三方面只有有机结合才能使氢能迅速走向实用化。而其中储氢研究的重大突破是整个研究体系的关键。

结语

氢能是人类最理想的未来能源，氢能研究的舞台是广阔的，研究开发氢能将大有作为。

参考文献

[1]第十届全国氢能学术会议暨第二届两岸三地氢能研讨会论文摘要集前言[D].天津：南开大学，2009.

[2]王景儒.制氢方法及储氢材料研制进展[J].化学推进剂与高分子料，2014（2）：13－21.

[3]杨志冠.储氢研究进展情况[J].江西科学，2012（2）：191－196.

[4]陈子瑜.中国新能源产业发展的战略思考[J].科技创新与应用，2017（17）:30.