氢能源开发及利用（一）4
1 氢能源概述（续）
1．3 氢能的制取
自然界的氢都以化合态存在。要实现氢的大规模应用，首先必须解决氢源。作为世上最重要的二次能源，电能和氢能最终都将来自再生能源，但在目前还只能是个过渡阶段，氢能和电能一样，主要还来自化石能源。
1．3．1 利用化石能源制氢
利用化石资源制氢是现在主要的制氢方法。归纳起来，主要有以下三种：一是利用煤、焦炭汽化制氢；二是利用天然气或石油产品制氢；三是利用工业生产的尾气回收，焦化厂、氯碱厂的副产品制氢。
化石能源制氢，最经济合理的方法是利用天然气制氢。现在世界上一半的氢是由天然气蒸汽重整工艺生产的。这种制氢工艺技术已经相当成熟。但是这种工艺设备投资大、工艺过程能耗大、制氢成本高。
上世纪九十年代以来，为了解决廉价制氢问题，出现了许多新的天然气制氢工艺和技术。其中，天然气催化部分氧化工艺、天然气自热重整工艺、天然气绝热转化工艺、天然气高温裂解工艺和技术等最具代表性。它们围绕着减少设备投资、制氢能耗和降低制氢成本方面，取得了一定成果，但也还存在许多问题。
1．3．2 利用太阳能制氢
自然界中的氢已和氧结合成水，为了获得氢，必须用热分解或电分解的方法，把氢从水中分离出来。如果采用煤、石油或天然气的燃烧产生的热或再由热能转换成的电能来分解水而制取氢，至今还没有找到一种可以大规模制氢而又廉价的方法。而且这些化石能源是不可再生的。现在看来，高效率而又低成本制氢的基本途径，还是要依靠太阳能。把无穷无尽的、分散的太阳能热或太阳光能集中起来，制成高度集中的、干净的新能源----氢能，将具有多么重要的意义呀。
目前利用太阳能制氢的方法，可归纳为以下几种：
（1）太阳能热分解水制氢；
（2）太阳能热或太阳光发电，利用电分解水制氢；
（3）太阳光催化光解水制氢；
（4）太阳能生物制氢等等。
1．3．3 其他的制氢方法
其他的制氢方法还很多，目前最具潜力的、正热门开发的制氢方法有两种。一是生物制氢、二是热化学制氢。
生物制氢是把自然界中有机化合物（碳水化合物、蛋白质等）中的能量，通过高效产氢细菌的作用，转化为氢气，也就是利用能够产生氢的微生物制氢。
热化学制氢是指在闭合循环中，利用热化学法制取氢气。它通过复杂的反应过程，使水直接在热的作用下进行分解。反应过程中把热能直接转化为化学能，制成氢气。比电解水从热能变机械能而产生电能，再转化为化学能那样多次能量转换，效率要高得多。
1．4 氢能的贮运
氢能要成为新的、优良的“含能体能源”，还必须解决贮运问题。氢能的储运，现在主要有以下四种形式：
1．4．1 高压氢气钢瓶贮运
目前国内外广泛采用压力为25~30MP的氢气钢瓶（含大型长管钢瓶）。每辆氢气长管车可储运气氢3000~5000Nm3。目前燃料电池车所用的气氢钢瓶，一般都是采用重量较轻的25~35MP的碳纤维钢瓶，还正在研发40MP的钢瓶。
1．4．2 液氢贮运
为了减少储运体积和重量，往往采用液氢（LH2）储运。因为每1.0立方米的液氢汽化后可得到788Nm3的气氢。不过液氢储运装置比较复杂，投资较大，贮运过程中还有一定量蒸发损失，而且把气氢液化还要多费电力（每1Nm3气氢液化要费1千瓦时电力）。所以只在远距离等特殊情况下才采用液氢（LH2）贮运。
1．4．3 氢气管网贮运
随着氢气的规模生产和氢能的广泛应用，氢气管网建设已势在必行。如同当今的天然气管网一样，氢气的长距离输送管网和所谓的“庭院”管网建设终将成为现实。为此，要解决好管网建设必须的氢气压缩机、管材、附件的研发和管网储运的安全管理规范和规程的制定。
1．4．4 储氢材料贮运
研究表明，某些金属具有很强的“捕捉”氢的能力，在一定温度和压力的条件下，这些金属能大量“吸收”氢气，和氢发生反应生成金属氢化物，同时放出热量；而当将这些金属氢化物加热，它们又会分解，将储存在里面的氢气释放出来。这种会“吸氢”又会“放氢”的金属称为储氢合金。储氢合金的储氢能力很强，单位体积的储氢密度，是相同温度、压力条件下气氢的1000倍，即相当储存了1000个大气压的高压氢气。由于储氢合金都是固体，它们既不需要储存高压氢气必须的大而笨重的钢瓶，也不需要储存液氢所必须的极低的温度条件。当要储氢时，只要创造条件，使合金同氢发生反应，生成金属氢化物并放出热量；当要用氢时，又只要加热金属氢化物，或者通过减压的方法，就可把它储存的氢气释放出来。这样，储氢合金就如同蓄电池充电、放电那样，通过吸氢、放氢来储存氢气，不愧是一种简便的贮存方案。因此，储氢材料贮运是目前最为理想的贮运方法，各国都在抓紧研发各种储氢合金。目前最主要的有四种：钛系储氢合金、锆系储氢合金、铁系储氢合金和稀土系储氢合金。
上述四类储氢贮运方法，前两类是传统方法，氢气管网贮运是未来势在必行的方法，而利用储氢材料是目前最热门的研发方法。
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