包信和,中國科學技術大學校長、中國科學院院士。他長期從事催化基礎理論研究和新型催化材料的創制,以及能源清潔高效轉化過程的研發,在納米催化基礎、天然氣和煤基合成氣高效轉化等方面取得了一系列重要研究成果,多次獲得國內外學術獎勵。
我們看看氫能到底是怎么一回事。
當能源碳跟氧反應,比如說當空氣和汽油、柴油等燃料一混合,遇到火花就會發爆炸,這樣的爆炸在氣缸內進行,會產生高溫高壓的燃氣,推動活塞做功,內燃機就是這樣來的,它所產生能量大概效率是是百分之三十幾這個樣子,還有百分之六十幾就損失掉了。
碳是自然界里就有的,我們是能夠挖出碳來的,但是它產生溫室氣體——二氧化碳。所以大家可以看到,自然界它還是很平衡、很公平的,有的東西一定會相應產生不好的東西出來。
氫很好,跟氧一反應就能生成水,但是問題就是在自然界當中,氫是不存在的。氫可以用于燃料電池,而且它的運行效率很高,可以達到60%,但是自然界當中沒有氫氣。我們從沒聽說有人可以在什么地方挖到一個氫氣礦出來。所以,雖然氫能的利用會產生水,沒有污染,但是氫這個原料在自然界是沒有的。
為什么人們會想到利用氫呢?大家可以看到,從我們人類的能源發展來講,最早是木材,木材基本上就是碳,也含有一點點氫;后面是煤炭,煤炭里面大概是兩分碳一分氫;再到后面發展到石油,石油大概是兩分氫一分碳;再后面就是天然氣,天然氣是四分氫一分碳。從這個發展過程看下來,基本上人類的能源發展是逐步向氫碳比高的方向邁進的。
氫氣在自然界當中是沒有的,但是水通過電解可以產生氫氣,而且它可以跟可再生能源連在一起。有這些條件以后,大家就認為氫可能是未來非常重要的一個能源。未來,氫能在我們的能源體系當中可能會起到什么樣的作用?現在的能源體系是怎么做的呢?化石能源,我們可以把它變成液體材料,像油這樣的東西,最后到終端用戶。還有一個很重要的事兒,就是化石能源可以發電,變成電能以后到終端用戶。但我想未來再怎么變,電總不會少,核能也好,光也好,風也好,電是不能少的。
但是電力能不能開飛機呢?現在還沒有這樣的飛機。假如說未來有了氫燃料電池可以開飛機、開船,就類似于跟油差不多一樣的道理了。所以在未來能源體系當中,氫就有可能替代現在液體燃料的角色。要把氫能這一塊做起來,會有個很長的產業鏈。
首先自然界是沒有氫氣的,你要制備出氫氣出來,接下來儲存、轉換、應用。所以大家可以看到,整個一個產業鏈有好多作研究的人在做這么一件事。比如制備過程,制氫的方法很多,通過化石能源?、水電解、化工原料、工業尾氣等。全世界一年大概用5000億立方米的氫氣,非常遺憾的是在這個制氫結構當中,4%是從可再生能源來的,96%是化石能源來的。使用化石能源就要排放二氧化碳,所以,要想發展氫能經濟燃料電池,就一定要跟可再生能源連起來。
未來可以從可再生能源發展,用光、風、核能把水電解變成氫,只有在這個時候,整個氫能才能夠被利用起來。所以我要套用一句廣告詞,自然界當中實際上是沒有氫的,沒有氫能的,氫能實際上就是可再生能源的搬運工,把可再生能源從這里搬到那里而已。
那么氫能利用我們到底有什么卡脖子的事情?搞了這么長時間,為什么就沒有搞起來呢?這個問題到底在哪里呢?
一是制造技術怎么把燃料電池制造得非常之可靠。氫跟氧在這個燃料電池上面它是不反應的,它一定要有催化劑。催化劑是什么呢?貴金屬催化劑,用鉑、鈀、釕這樣的東西。這個貴金屬呢,它是吸附氫或者吸附氧,解離以后呢,氫氧才在表面反應,反應以后再電子傳遞才會發電。所以大概算了算,現在最好的就是這樣一個技術,依靠現在的條件,一部車子大概需要50克左右的鉑。你們現在誰有一個白金的項鏈或者一個戒指,50克重也不這么容易吧?搞一個車子就要50克。出點錢倒沒什么問題,比如現在有錢的,50克能有多少錢呢?50克,我估計可能幾萬塊錢,可能也能拿下來吧?是不是?也不一定算什么,但是這些貴金屬自然界中沒有這么多量,所以就有問題。所以就出來一個什么研究呢?非貴金屬催化劑做燃料電池。
燃料電池的耐久性問題,已經獲得了比較好的突破。原來為什么有這個問題呢?就是燃料電池在實驗室做,做3000小時5000小時,一點問題沒有,但是一放到車上去開,一兩千小時就不行了。為什么就不行了呢?燃料電池它是要吸空氣的,不是嗎?空氣里面有粒子,粒子里面就有金屬,貴金屬,還有硫。這種東西一吸進去以后,燃料電池的催化劑,它就慢慢就中毒了。就因為這些東西,膜也就堵塞起來了,催化劑就中毒了。本來在實驗室搞得好好的,到這個地方就不行了。
二是儲氫這個氫大家知道,實驗室也有儲氫的鋼瓶。氫是很輕的,是不是?你要把這個氫帶到車上去,你可不能弄太大的東西,你一定要把它弄得很小。現在有三個辦法,把它弄得很小。
一個辦法是壓縮氫,就把氫壓在鋼瓶里。我們現在不是用鋼瓶嗎?但我們實驗室的鋼瓶大概是130個大氣壓、150個大氣壓,在實驗室里很少有超過200個大氣壓的。據說車子上中國現在已經在搞標準,在搞350個大氣壓,日本人是搞多少呢?700個大氣壓。大家可以看到,700個大氣壓同300個大氣壓就差一倍多一點,同這個150個大氣壓相比就差5倍,是不是?也就說,150大氣壓的鋼瓶,儲存的氫在車上可以跑100公里,假如700個大氣壓,同樣的鋼瓶儲存的氫可以跑差不多500公里。所以儲氫相對比較好的還是氫瓶,現在基本上世界范圍之內都是這么干。
第二個事情是什么呢?就把氫冷卻下來,變成液氫。冷卻下來到這個地方呢,再把它釋放這個出來。這個氫密度是很高的,但是安全性差,而且它要耗很多能量,把它冷卻下來。而且在行駛過程當中,還得防止瓶子漏氣了,一漏氣以后熱量就進去了,接著就放出來,可能就得爆炸了。假如說這個壓力太高了,它不就爆炸了嗎?所以安全性這地方還有問題。
第三個事情,這都是我們化學搞的,材料儲氫。各式各樣的儲氫材料,高分子的也有,金屬的也有,用納米碳管的也有,什么東西都有。但非常遺憾,迄今為止重量百分比都沒有達到6%。也就說,100公斤的儲氫材料,都儲不了6公斤的氫,儲氫的效率是太低了!假如有一天,儲氫能達到10%這個樣子就好了。因為它壓力也不高,是吧?就儲在這個里面。所以,燃料電池要做起來以后,儲氫的這個事情還得要考慮,你不考慮你是沒辦法走下去的。
日本人最近氫能推廣得很厲害,大家可能也都知道,日本人已經做到什么程度呢?到2040年它要普及,2020年就有4萬臺。大家可以看到,日本人是用700大氣壓儲氫的,大概儲氫的重量比是7.5%。那么也就是說,這里面如果用個大的瓶子,它可以走得很遠。那么它的行駛里程,據說到2040年的時候,可以跑1000公里。大家想一想,假如加一次氣跑1000公里,倒也是蠻好的,是吧?
我們中國從奧運會開始就有燃料電池車的示范,從上海的那個世博會開始,一直在作這樣一個示范,包括現在還在作這個示范,一直在做,做得也是蠻好的。但是還是有很多問題,特別是制氫。大家知道,張家口我們2022年是要搞冬奧會的,冬奧會里面就希望能夠推氫能燃料電池這樣一個事兒,所以最近他們就在搞一個項目,就是用這個風同太陽能產生電,電解水制氫,制氫以后就運行在燃料電池車子。這件事情假如做成了以后,我認為意義還是很大的,經濟上可能馬上起不到作用,到不了經濟實用這樣的程度,但最起碼為未來作了個示范。
所以中國也有個目標,到2035年,中國希望一公斤的氫能夠降到25塊錢。一公斤氫大概就是11立方米左右,現在跑得好的車子,據說一公斤氫可以跑100公里不到一點。大家知道油現在多少錢一升呢?可能是六、七塊錢左右一升,是不是?那么一升油大概能跑多遠呢?小車大概一般跑100公里,好的車子耗油大概五、六升的樣子,大型的SUV,可能就要15升這個樣子,那么就是要60塊錢,是吧?那假如百公里消耗氫氣能夠變到一公斤,跑100公里25塊錢,就是跑50塊錢,我認為也是合算的。
]]>教育部官網消息,根據《普通高等學校高等職業教育(專科)專業設置管理辦法》,在相關學校和行業提交增補專業建議的基礎上,教育部組織研究確定了2019年度增補專業共9個,現予公布,自2020年起執行。
氫能技術應用專業
培養目標
本專業培養德、智、體、美、勞全面發展,具有良好職業道德和人文素養,掌握氫能技術專業知識與技術技能,面向氫氣制備、儲存、運輸、加注及氫燃料電池生產與應用等技術領域,能夠從事氫氣生產設備操作與維護、氫氣生產工藝管理、氫氣儲存運輸加注、氫燃料電池裝配與維護、氫能應用等工作的高素質技術技能人才。
就業面向
主要面向氫氣制備企業、氫燃料電池生產企業、氫能汽車生產企業、加氫站、氫能應用領域的企業,從事系統運行、檢測維護、檢驗分析、電池裝配與維護、安全監管等工作。
銜接中職專業舉例
化學工藝? 化工儀表及自動化? 工業分析與檢驗? 電氣技術應用
接續本科專業舉例 新能源科學與工程? 能源與動力工程
來源:中國青年報
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2017年12月26日,日本政府發布了“氫能源基本戰略”,確定了2050年氫能社會建設的目標以及到2030年的具體行動計劃。
氫能被視為日本能源結構轉型、保障能源安全和應對氣候變化的重要抓手,沒有任何一個國家像日本一樣如此重視氫能。
近日,第一元素網專訪了從日本東京回國探親的中日氫能合作協會會長李擴建,就日本的氫能發展歷史、應用情況、氫能社會現狀以及氫能安全性等問題進行了采訪交流,下為采訪詳細內容。
第一元素網:您能否先簡要介紹一下中日氫能合作協會這個機構,以及您創辦此機構的初衷?
李擴建:由日本內閣府于1999年9月27日認證,`我在東京建立了“特定非營利活動法人(簡稱NPO法人)日中”,10月4日經過法務登記而正式成立,成為日本第一批12個NPO法人之一。這個NPO法人資格現在是由議員立法的日本品味最高的法人資格,1999年4月法律實施,是非營利(不能分紅)、非政治(不得涉及選舉)、非宗教(少數服從多數)的機構。我們這個法人20年以來,一直致力于中日兩國之間的各種交流活動。鑒于氫能在日本的快速發展和成功應用,大力發展氫能源對中國也有著巨大的戰略意義。在2018年6月10日,我在NPO法人機構的基礎上創辦了中日氫能合作協會,作為NPO法人之下的下屬機構,按照中國的說法相當于一個二級協會。
協會的目的是在日中兩國之間發揮氫能技術和產業的橋梁的作用,促進兩國政府、相關企業和研究咨詢機構之間的了解,把日本在氫能領域所取得的成功經驗引入中國,降低成本后再返回到日本實現共贏,促進兩國的氫能社會的早日形成。
目前我們已經在東京多次為山西省、國家電投、浙江省、廣東省、氫能泡泡、江西省、安徽省、北京市、青海省、山東省的訪日高官們講授了日本氫能社會發展的狀況和問題點,安排他們試乘豐田生產的“未來”氫車,體驗日本的氫能社會。
第一元素網:日本政府對于的氫能的發展規劃有著怎樣的歷史?氫能社會是何時提出來的?
李擴建:日本氫能事業的發展與NEDO的誕生有很大的關系。1980年,日本撤銷了“煤礦業合理化事業團”,相當于中國的煤炭部,而把全套人馬改編為“新能源綜合開發機構”,簡稱NEDO。
NEDO是日本的一個政府機構,掌管著國家的所有有關預算,也是唯一的公立研究開發機構,管理和指導著日本的所有民間企業的氫能發展事業,負責解決日本的能源和環境問題。1997年,日本成立了新能源特別措施促進法。2006年,日本發布了新能源的國家戰略,其中包括了氫能源的相關戰略規劃。2008年,日本燃料電池商業化協會(GCCJ)制定了2015年向普通用戶推廣氫車的計劃。2011年,發生了福島核事故,此次事件對國家能源戰略影響巨大,迫使日本放棄了對原子能的期待而更加重視氫能源。2013年6月,重新上臺的安倍政府推出《日本再復興戰略》,提到4次“氫能”,把發展氫能源提升為國策,并啟動加氫站建設的前期工作。2014年,內閣修訂了《日本再復興戰略》,提到6次“氫能”,發出建設“氫能社會”的呼吁。第四次《能源基本計劃》,將氫能源定位為與電力和熱能并列的核心二次能源,提出建設“氫能社會”,并公布了《日本氫和燃料電池戰略路線圖》。也就是說,2014年可以說是“氫能社會”的元年。2015年,內閣修訂了《日本再復興戰略》,中提到12次“氫能”,安倍政府在實施政方針演說表達了實現“氫能社會”的決心,旨在繼續建造加氫站之后,通過氫能發電站的商業運作來增加氫能流通量并降低價格。同時,NEDO出臺氫能源白皮書,將氫能源定位為國內發電的第三支柱。2016年,內閣再次修訂了《日本再復興戰略》,中提到66次“氫能”。2017年,日本氫能基本戰略中,日本正式地把國家將來的第一能源定位為氫能,取代化石能源(煤炭、石油和天然氣)的地位,并明確了“氫能社會”的三大支柱。
第一元素網:日本“氫能社會”的三大支柱是什么?
李擴建:日本氫能社會的三大支柱是“氫電”、“氫車”和“氫家”。“氫電”就是用氫氣來代替燃氣火力發電,來進行大功率的發電,計劃是在現有燃氣電廠中摻一部分比例的氫氣,然后逐步提高混合燃燒氣中氫氣的比例,最終要達到100%氫氣發電的結果,未來既可解決日本天然氣依賴進口的問題,又可實現真正的零碳排放。“氫車”是移動式的氫能利用,是以氫氣作為能源,以氫堆(燃料電池)系統作為動力系統而不通過電池儲能的各種類型車,日本最普及的是氫能轎車,代表性的有豐田Mirai和本田Clarity,豐田Mirai是最成熟的轎車,本田Clarity由于不太成熟,只租不賣,最近宣布其產業計劃又推遲了兩三年。“氫家”是一種固定式的氫能利用,具體是將一套既能發電又能供熱的系統用于家庭中,日文稱為“ENE-FARM”,ENE是能源英文的字頭。在中國應該屬于是一種“熱電聯供系統”系統。這套系統的工作方式是:首先從提供給普通家庭的煤氣、天然氣或液化氣中提取出氫氣,氫氣與空氣中的氧氣通過氫堆(燃料電池)發生電化學反應進而產生電力,同時將發電過程中產生的熱量用于家庭供熱(發電過程中溫度高達℃幾百度);這套系統可供電可供熱,兼具環保性和經濟性,單套系統目前售價補貼后僅9萬人民幣,系統整體能量轉換效率可達95.5%。雖然煤氣費會適當增加,但是可以節省大量的電費。當前日本有大約28萬臺設備在應用,此系統產品生產企業原來有好幾家,現在剩下了松下集團和愛信,最近又增加了一家生產小型設備的京瓷,日本計劃到2030年達到530萬臺的家庭應用,超過全國家庭數2000萬的1/4。由于推動這些產業的發展,將會對國家的能源戰略產生巨大并深遠的影響,從根本上保證國家的能源安全。
第一元素網:很多人對氫能源的安全性較為擔心,尤其是應用最廣、市場空間最大的氫能轎車,您是如何看這個問題的?
李擴建:實際上,我很理解人們的擔心,畢竟氫氣易燃易爆,氫氣爆炸極限是4.0%~75.6%(體積濃度),當氫氣在空氣中的體積濃度在4.0%~75.6%之間時,遇火源就會爆炸,而且在中國氫氣目前還當作“高度危險化學品”而不是作為能源進行管理。
日本和世界各國以前亦是如此,但是日本用了幾年的時間,將氫氣的定位從“高危品”改為了“普通能源”。曾經有專家做了氫能車與汽油車的著火實驗,具體方法是將氫能車的儲氫罐和汽油車的油罐破壞使其燃料泄露并點燃,觀察氫能車和汽油車在點燃泄漏燃料3秒后和1分鐘后的車輛情況。實驗結果如下圖所示。3秒后,氫能車儲氫罐泄露出來的氫氣被點燃后在儲氫罐的壓力推動下迅速上竄并形成火柱,而汽油車中的汽油泄漏后在重力作用下往下流,被點燃后在車輛底盤下部形成火團。1分鐘后,氫能車的火柱依然持續向上但是明顯變小,車身并未受到任何損傷;但汽油車整個車身已處于火海之中,再持續下去必將被燃燒殆盡。氫能車儲氫罐中氫氣泄漏后,被點燃并未爆炸的根本原因也可以從實驗所拍攝的圖片中得出。
當氫氣從儲氫瓶泄漏出來后,在壓力作用下,氫氣會迅速上竄,在車身上方大約10~20cm的垂直距離內,形成了完全未著火的氣體柱,因為100%的氫氣既不可燃,也不可爆炸。
車身上方垂直距離20cm以上,氫氣燃燒并形成了火柱,但由于是敞開空間,氫氣的濃度并未處于爆炸極限濃度范圍,因此氫能車氫氣泄漏后在敞開空間是不會有危險的;但在密閉空間或者相對較小的空間內,如果氫氣泄漏可能會存在一定危險性。
從這個實驗我們可以明確地得出結論,氫氣比起汽油來,要安全得多多。
來源:第一元素網
?儲氫技術作為氫氣從生產到利用過程中的橋梁,是指將氫氣以穩定形式的能量儲存起來,以方便使用的技術。儲氫技術的關鍵點在于如何提高氫氣的能量密度。常以氫氣的質量密度,即釋放出的氫氣質量與總質量之比,來衡量儲氫技術的優劣。美國能源局DOE要求2O20年國內車載氫能電池的氫氣質量密度須達到4.5%,2O25年達到5.5%,最終目標是6.5%。
同時,氫氣為易燃、易爆氣體,當氫氣濃度為4.1%~74.2%時,遇火即爆。因此,評價儲氫技術優劣時,還須考慮安全性。一項技術的使用,還須考慮經濟性、能耗以及使用周期等因素。本文圍繞物理儲氫、化學儲氫與其它儲氫這3大類儲氫技術,對其研究現狀進行綜述,并探討了未來儲氫技術的發展方向。
1、物理儲氫技術
物理儲氫技術是指單純地通過改變儲氫條件提高氫氣密度,以實現儲氫的技術。該技術為純物理過程,無需儲氫介質,成本較低,且易放氫,氫氣濃度較高。主要分為高壓氣態儲氫與低溫液化儲氫。
1.1高壓氣態儲氫技術
高壓氣態儲氫技術是指在高壓下,將氫氣壓縮,以高密度氣態形式儲存,具有成本較低、能耗低、易脫氫、工作條件較寬等特點,是發展最成熟、最常用的儲氫技術。
1.1.1 金屬儲罐
金屬儲罐采用性能較好的金屬材料(如鋼)制成,受其耐壓性限制,早期鋼瓶的儲存壓力為12~15 MPa,氫氣質量密度低于1.6%。近年來,通過增加儲罐厚度,能一定程度地提高儲氫壓力,但會導致儲罐容積降低,70 MPa時的最大容積僅300 L,氫氣質量較低。對于移動儲氫系統,必將導致運輸成本增加。由于儲罐多采用髙強度無縫鋼管旋壓收口而成,隨著材料強度提髙,對氫脆的敏感性增強,失效的風險有所增加。同時,由于金屬儲氫鋼瓶為單層結構,無法對容器安全狀態進行實時在線監測。因此,這類儲罐僅適用于固定式、小儲量的氫氣儲存,遠不能滿足車載系統要求。
1.1.2 金屬內襯纖維纏繞儲罐
1940年,美國人發現部分纖維材料(如酚醛樹脂)具有輕質、高強度、高模量、耐疲勞、穩定性強的特點,并將其用于制造飛機金屬零件。隨著氫能的發展、高壓儲氫技術對容器的承載能力要求增加,鄭津洋等創造性地設計了一種金屬內襯纖維纏繞儲罐。其利用不銹鋼或鋁合金制成金屬內襯,用于密封氫氣,利用纖維增強層作為承壓層,儲氫壓力可達40 MPa。由于不用承壓,金屬內襯的厚度較薄,大大降低了儲罐質量。
1.1.3 全復合輕質纖維纏繞儲罐
為了進一步降低儲罐質量,人們利用具有一定剛度的塑料代替金屬,制成了全復合輕質纖維纏繞儲罐。如圖2所示,這類儲罐的筒體一般包括3層:塑料內膽、纖維增強層、保護層。塑料內膽不僅能保持儲罐的形態,還能兼作纖維纏繞的模具。同時,塑料內膽的沖擊初性優于金屬內膽,且具有優良的氣密性、耐腐蝕性、耐高溫和高強度、高軔性等特點。
1.2 低溫液化儲氫技術
低溫液化儲氫技術是利用氫氣在高壓、低溫條件下液化,體積密度為氣態時的845倍的特點,實現高效儲氫,其輸送效率高于氣態氫。目前,世界上最大的低溫液化儲氫罐位于美國肯尼迪航天中心,容積高達112X104 L。
2、化學儲氫技術
化學儲氫技術是利用儲氫介質在一定條件下能與氫氣反應生成穩定化合物,再通過改變條件實現放氫的技術,主要包括有機液體儲氫、液氨儲氫、配位氫化物儲氫、無機物儲氫與甲醇儲氫。
2.1有機液體儲氫技術
有機液體儲氫技術基于不飽和液體有機物在催化劑作用下進行加氫反應,生成穩定化合物,當需要氫氣時再進行脫氫反應。
有機液體儲氫技術具有較高儲氫密度,通過加氫、脫氫過程可實現有機液體的循環利用,成本相對較低。同時,常用材料(如環己烷和甲基環己烷等)在常溫常壓下,即可實現儲氫,安全性較高。然而,有機液體儲氫也存在很多缺點,如須配備相應的加氫、脫氫裝置,成本較高;脫氫反應效率較低,且易發生副反應,氫氣純度不髙;脫氫反應常在高溫下進行,催化劑易結焦失活等。
2.2 液氨儲氫
液氨儲氫技術是指將氫氣與氮氣反應生成液氨,作為氫能的載體進行利用。液氨在常壓、400℃條件下即可得到H2,常用的催化劑包括釕系、鐵系、鈷系與鎳系,其中釕系的活性最髙。基于此,小島由繼等提出了將液氨直接用作氫能燃料電池的燃料。但有報告稱,體積分數僅1×10-6未被分解的液氨混入氫氣中,也會造成燃料電池的嚴重惡化。
同時,液氨燃燒產物為氮氣和水,無對環境有害氣體。2015年7月,作為氫能載體的液氨首次作為直接燃料用于燃料電池中。通過對比,發現液氨燃燒渦輪發電系統的效率(69%)與液氫系統效率(70%)近似。然而液氨的儲存條件遠遠緩和于液氫,與丙烷類似,可直接利用丙烷的技術基礎設施,大大降低了設備投入。因此,液氨儲氫技術被視為最具前景的儲氫技術之一。
2.3 配位氫化物儲氫
配位氫化物儲氫利用堿金屬與氫氣反應生成離子型氫化物,在一定條件下,分解出氫氣。
目前,作為一種極具前景的儲氫材料,研究人員還在努力探索改善其低溫放氫性能的方法。同時,也在針對這類材料的回收、循環、再利用做進一步深入研究。
2.4 無機物儲氫
無機物儲氫材料基于碳酸氫鹽與甲酸鹽之間相互轉化,實現儲氫、放氫。反應一般以Pd或PdO作為催化劑,吸濕性強的活性炭作載體。以KHCO3或NaHCO3作儲氫材料時,氫氣質量密度可達2%。該方法便于大量的儲存和運輸,安全性好,但儲氫量和可逆性都不是很理想。
2.5 甲醇儲氫
甲醇儲氫技術是指將一氧化碳與氫氣在一定條件下反應生成液體甲醇,作為氫能的載體進行利用。在一定條件下,甲醇可分解得到氫氣,用于燃料電池,同時,甲醇還可直接用作燃料。2017年,我國北京大學的科研團隊研發了一種鉑-碳化鉬雙功能催化劑,讓甲醇與水反應,不僅能釋放出甲醇中的氫,還可以活化水中的氫,最終得到更多的氫氣。同時,甲醇的儲存條件為常溫常壓,且沒有刺激性氣味。
3、其它儲氫技術
其它儲氫技術包括吸附儲氫與水合物法儲氫。前者是利用吸附劑與氫氣作用,實現髙密度儲氫;后者是利用氫氣生成固體水合物,提高單位體積氫氣密度。
3.1 吸附儲氫
吸附儲氫所利用到的吸附材料主要包括金屬合金、碳質材料、金屬框架物等。
3.2 水合物法儲氫技術
水合物法儲氫技術是指將氫氣在低溫、高壓的條件下,生成固體水合物進行儲存。由于水合物在常溫、常壓下即可分解,因此,該方法脫氧速度快、能耗低,同時,其儲存介質僅為水,具有成本低、安全性高等特點。
4、結論與展望
為了實現氫能的廣泛應用,研發高效、低成本、低能耗的儲氫技術是關鍵。目前,常用的儲氫技術包括物理儲氫、化學儲氫與其它儲氫。物理儲氫的成本較低、放氫較易、氫氣濃度較髙,但其儲存條件較苛刻,安全性較差,且對儲罐材質要求較髙。化學儲氫通過生成穩定化合物以實現儲氫,雖然安全性較高,但放氫較難,且難得到純度較高的氫氣。其它儲氫中的吸附儲氫雖能一定程度上避免物理儲氫安全性低的問題,但其也一定程度地存在化學儲氫放氫難、儲氫密度不高等問題,同時其成本相對較高。水合物法儲氫具有易脫氫、成本低、能耗低等特點,但其儲氫密度較低。
基于以上分析,今后工作的重點將集中在以下幾方面:①輕質、耐壓、高儲氫密度的新型儲罐的研發。②完善化學儲氫技術中相關儲氫機理,以期從理論角度找到提高儲氫密度、降低放氫難度、提高氫氣濃度的方法;③結合氫能的利用工藝、條件,合成高效的催化劑,優化配套的儲氫技術,以綜合提高氫能的利用效率;④提高各類儲氫技術的效率,降低儲氫過程中的成本,提髙安全性,降低能耗,提高使用周期,探究兼顧安全性、高儲氫密度、低成本、低能耗等需求的方法;⑤復合儲氫技術的研發,綜合各類儲氫技術的優點,采用兩種或多種儲氫技術共同作用。探究復合儲氫技術的結合機理,提髙復合儲氫技術的效率。
原文來源:設計院網
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氫氣的制取方法之工業制取氫氣,工業制取氫氣又有哪些方法呢?國內為制取氫氣(不包括工業廢氣中回收氫氣)的主要方法有以下四種:
1.天然氣(含石腦油、重油、煉廠氣和焦爐氣等)蒸汽轉化制氫;
2.煤(含焦炭和石油焦等)轉化制氫;
3.甲醇或氨裂解制氫;
4.水電解制氫;
氫氣的制取方法主要就是以上幾種,當然在制取氫氣和使用氫氣的時候我們要注意安全,具體如下:5.1?因生產需要,必須在現場(室內)使用氣瓶,其數量不得超過5瓶,并應符合下列要求:5.1.1?室內必須通風良好,保證空氣中氫氣最高含量不超過1%(體積比)下同。建筑物頂部或外墻的上部設氣窗(樓)或排氣孔。排氣孔應朝向安全地帶,室內換氣次數每小時不得小于三次,事故通風每小時換氣次數不得小于七次。5.1.2?氫氣瓶與盛有易燃、易爆、可燃物質及氧化性氣體的容器和氣瓶的間距不應小于8米。5.1.3?與明火或普通電氣設備的間距不應小于10米。
氖氣這種稀有氣體在空氣中的含量微少,在空氣中含量也僅占18.18×10-4%。氖氣雖然含量少,但是用途可不小。氖氣的用途之一就是做燈泡中的填充氣體。世界上第一盞霓虹燈是填充氖氣制成的(霓虹燈的英文原意是“氖燈”)。氖燈射出的紅光,在空氣里透射力很強,可以穿過濃霧。因此,氖燈常用在機場、港口、水陸交通線的燈標上。對于低壓放電管,在清潔的玻璃管內,高純氖氣產生橙色的光,氖與氬、氦按不同比例混合,充入各種濾光玻璃管,可制成絢麗多彩的霓虹燈(字模顯示燈)。氖氣的用途在照明上是不是表現的非常大呢?其實氖氣還有更多的用途呢!
大家都知道氦氣可以作為潛水氣體使用用來預防潛水病,但是有多少人知道做潛水氣體也是氖氣的用途之一呢? 除氦氣外,氖氣也可以用于配制深水作業用的呼吸混合氣。通常,在潛水員處于深水高壓環境作業時,若采用普通壓縮空氣供氧,不但呼吸阻力高,而且壓縮空氣中的氮會部分溶解在血液中,當水深在40m以下時,會產生顯著的麻醉作用,在80m左右,生理機能基本喪失,人體衰竭。由于氖氣對人體的麻醉能力很小或完全沒有麻醉能力,可以用它來代替氮配制潛水員深海作業用呼吸混合氣。原來氖氣還可以做潛水氣體替代氦氣,氖氣的用途真是廣泛啊!
? ? ?當然氖氣的用途自然還包括做激光氣體,大名鼎鼎的氦氖激光想必大家都聽說過!氦氖混合氣體被密封在一個特制的石英管中,在外界高頻振蕩器的激勵下,混合氣體的原子間發生非彈性碰撞,被激發的原子之間發生能量傳遞,進而產生電子躍遷,并發出與躍遷相對應的受激輻射波,近紅外光。氦-氖激光器可應用于測量和通訊。
]]>具體過程為:在GIS經真空檢漏并靜止SF6氣體5h后,用塑料薄膜在法蘭接口等處包扎,再過24h后進行檢測,如果有一處薄膜內SF6氣體的濃度大于30ppm,則該氣室漏氣率不合格。如果所有包扎薄膜內SF6氣體的濃度均小于30ppm,則認為該氣室漏氣率合格。
六氟化硫氣體泄漏在線監控報警系統是檢測現場SF6氣體濃度、氧氣含量及溫濕度等環境數據,并通過大量數據分析處理做出控制以及告警的智能氣體報警系統。
SF6氣體泄漏檢測主要采用了電化學技術、電擊穿技術和紅外光譜吸收技術。
1、電化學技術:電化學技術的原理是被檢測氣體接觸到200°C左右高溫的催化劑表面,并與之發生相應的化學反應,從而產生電信號的改變,以此來發現被檢測氣體。
2、電擊穿技術:電擊穿技術是從SF6氣體在電力上的典型應用——作為絕緣氣體應用在GIS開關柜中演變而來的。其工作原理是根據SF6氣體絕緣的特性,從置于被檢測空氣中的高壓電極間電壓的變化來判斷空氣中是否含有SF6氣體。
3、紅外光譜吸收技術:紅外光譜吸收技術(又稱激光技術)的原理是SF6作為溫室氣體,對特定波段的紅外光有很強烈的吸收特性。
]]>1. 氪氣價格止跌 小幅探漲
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2014年1月,我國氪氣價格在2800元/立方米左右,因為國內市場需求乏力并且市場供應有所增加的影響價格一路下跌,至6月低氪氣價格降至1500元/立方米,環比一月下降46.4%。進入下半年市場并未止跌,電光源氣體并沒有迎來傳統的旺季,至12月氪氣價格下跌至900元/立方米,環比一月下降75%。在元旦前后氪氣市場交投明顯活躍,企業庫存壓力減弱,價格小幅上調至1000元/立方米。
2. 氪氣出口貿易活躍
據不完全統計2014年氪氣出口量約為9731立方米,我國2014年氪氣產量約為17400立方米左右,出口量占比達到55.9%。由圖2可以明顯看出2014年上半年氪氣出口量維持在低位,但國內下游市場需求乏力致使氪氣價格大跌。國內氪氣市場價格的下跌促使出口價格跟隨下跌,氪氣出口價格由年初的2953元/立方米跌至6月份的1573元/立方米,隨后呈現窄幅振蕩局面,至12月氪氣出口均價在1723元/立方米。國內氪氣的低價位刺激氪氣出口貿易好轉,下半年氪氣出口量有所增長。9月由于一家企業將前期氪氣存貨約1232立方米低價位出口給美國從而拉升了9月份氪氣的出口量,實則8-10月氪氣市場交投仍顯平淡,氪氣價格處于下跌狀態;在11-12月氪氣出口量連續兩月處于高位,并且1月份氪氣市場交投延續活躍狀態。出口量的增長致使市場前期庫存壓力得到了一定量的消減并且元旦過后廠家出貨任務壓力得到緩解,氪氣價格止住跌勢并且出現小幅的探漲。
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氧氣是一種開發應用最早的工業氣體,現已廣泛應用于國民經濟和社會發展的各個領域。其主要用于金屬焊接、切割和各種燃燒裝置的助燃氣體以及某些工藝過程的氧化氣體等。電子工業應用高純氧氣,除用作助燃氣體外,還是制造半導體集成電路的氧化氣體,是該行業不可缺少的高純氣體之一;高純氧氣還是制造光導纖維的重要氣體原料。氧氣在國防上的途很廣,用量最大的是火箭。此外液氧的市場范圍也非常廣泛,據統計1999年美國的液氧市場占有比例為:機械16%、金屬14%、保健13%、電子12%、焊接10%、運輸10%、化工9%、玻璃5%、運輸服務2%、造紙1%、實驗室1%、其他7%。此外吹氧煉鋼,已為各國普遍采用,成為鋼鐵工業飛躍發展的一條重要途徑。軋鋼每噸鋼耗氧3~6m3、鋼材加工、連鑄坯火焰切割,火焰清除、爐襯火焰每噸鋼耗氧11.4~14.2m3。
氮氣是一種惰性氣體,在空氣中所占含量最大約為78%。隨著科學技術的發展,氮氣在國民經濟的各行各業正日益廣泛地應用。氮氣主要用作保護氣體、吹掃氣體、載氣、干燥氣體等。同樣根據統計美國1999年的液氮市場行情為化工22%、食品20%、電子16%、機械7%、金屬6%、油氣5%、石油4%、運輸4%、橡膠3%、實驗室3%、制造2%、其他8%。氮主要用于合成氨,由此制造化肥、硝酸和炸藥等,氨還是合成纖維(錦綸、腈綸),合成樹脂,合成橡膠等的重要原料。由于高純氮氣的化學惰性,常用作保護氣體。以防止某些物體暴露于空氣時被氧所氧化,用氮氣填充糧倉,可使糧食不霉爛、不發芽,長期保存。液氨還可用作深度冷凍劑。
氬是目前工業上應用很廣的稀有氣體。它的性質十分不活潑,既不能燃燒,也不助燃。在飛機制造、造船、原子能工業和機械工業部門,對特殊金屬,例如鋁、鎂、銅及其合金和不銹鋼在焊接時,往往用氬作為焊接保護氣,防止焊接件被空氣氧化或氮化。氬氣的化學情性被用于特種金屬的冶煉:鋰、鈹、鈾、钚、釷、鈦、鋯、鉿、鈮、鉭等原子核及空間工業方面所需的稀有金屬進行還原反應時,要用氬氣作環境氣體。半導體材料硅、鍺的精煉和單晶的制備過程中,也要用氬氣作環境氣體,以保護結晶成長。鋼過程也要用氬:如向熔融的鋼水中吹入氬氣,使成份均勻,鋼液凈化,并可除掉溶解在鋼水中的氫、氧、氮等雜質,提高鋼坯質量。吹氬還可以取消還原期,縮短冶煉時間,提高產量,節約電能等。
二氧化碳用途很廣,其用量僅次于氧氣。二氧化碳可制作碳酸飲料。作為滅火劑,二氧化碳廣泛應用于電器設備、精密儀器、貴重生產設備和圖書檔案的初期火災撲滅。二氧化碳氣體保護焊,可以廣泛用于多種材料的焊接。氨氣尤其是合成氨工業非常重要,合成氨的工業化生產,為各種氮肥的制造提供了充足的原料。氨還用于各種胺基、酰基類化合物的生產,制作炸藥也要耗用大量的氨。氨是一種適用于大、中型制冷機的中溫制冷工質,是應用最早最廣泛的冷媒。氨也是冶金、醫藥等工業原料。有了合成氨這個原料氣,就可以制造各種肥料,1噸合成氨可生產硝銨2~2.2噸,硫銨3.8~4噸,尿素1.5~1.7噸。氧氣作粉煤或重油的氣化劑,氮氣參與合成作原料氣,并作裝置的安全保護氣(觸煤保護就要99.99%的純氮氣)。
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在了解電光源氣體種類之前,我們先了解為何氣體能夠發光成為電光源吧!正常狀態下氣體不是導體。當氣體原子受到具有一定能量的電子碰撞時會被激發和電離而發光。當放電電流很小時,放電處于輝光放電階段;放電電流增大到一定程度時,氣體放電呈低電壓大電流放電,這就是弧光放電。 電光源氣體都能夠發光,但是能夠發光的氣體未必都是電光源氣體!
電光源氣體種類可分為哪幾種?我們可把氣體放電光源分為三類。低壓放電光源:低氣壓放電光源有兩種:輝光放電光源(霓虹燈、氖燈等)和弧光放電光源(低壓鈉燈、熒光燈、紫外線燈合部分感應無極燈等)。高壓放電光源:高壓氣體放電燈工作電流可以較大,是大電流工作,因而燈功率可以做得較大。它不需預熱啟動,可配用適宜的觸發器直接啟動。但高壓氣體放電燈在燈點燃熄滅后一般不可以立即再啟動點燃,需間隔一段時間待燈冷卻后再啟動。超高壓放電光源:光源有超高壓氙燈、超高壓汞燈等。發光體較小,近似高亮度點光源,便于控光。
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