用什么方法来储存氢气呢

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用什么方法来储存氢气呢

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用什么方法来储存氢气呢


发布时间:2015年04月30日 浏览:

  在发展未来的动力预测中,人们对理想的未来的主要能源之棗氢,越来越重视了,有的科学家甚至将21世纪称为氢能源水域的上空,刮过一阵凶猛的大风。大风过后,数千米的海面上,突然燃起了通天大火。大火引起的原因,是由于那阵以每小时200公里疾驰的大风与海水发生猛烈摩擦,产生了很高的热量,将水中的氢原子和氧原子分离,并通过大风里电荷的作用,使氢离子发生爆炸,从而形成了“火海”。

  据科学家估算,这场“火海”所释放出的能量,相当于200颗氢弹爆炸时所产生的全部能量。氢气不仅可以燃烧,而且燃烧时产生的热量很高。氢气在空气中燃烧,可达到1000T的高温;氢气在氧气中燃烧,可达2800℃的高温,它产生的热量比汽油高得多,每升氢放出的热量为1千克汽油的3-4倍。

  若将氢气冷却至一240℃以下,再经过加压,氢就变成一种无色的液体棗液态氢。这是火箭、火车、飞机、轮船、汽车等的极佳燃料。例如汽车用它作燃料,110公里只需消耗5000克氢气。而且氢能具有很多优点:

  1.氢的放热效率高,燃烧1克氢可以放出14万焦耳的热量,约为燃烧1克汽油放热的3倍,并可以循环使用。

  2.氢的原料主要是水,在1个水分子中就有两个氢原子,所以资源非常丰富。因为,占地球表面71%的水中都含有大量的氢。

  3.氢气在燃烧过程中,除释放出巨大的能量外,产生的废物只有水,不会造成环境污染,因而又被称为“清洁燃料”。

  4.氢气的重量轻、密度小、便于运送和携带,容易储藏,与难储存的电相比,优越性更为显著。

  5.氢的用途极为广泛,它不但能燃烧生热,而且还可以产生化学能,并作为吸热的工质等。

  氢具有这么多优点,那么用什么方法来制取和利用呢?

  传统的制氢方法棗电解水制氢及高压、高温制氢,都需要消耗大量的电能和煤或天然气,消耗的能量比燃烧这种燃料所产生的能量还要多。这种费用上的不划算使它只适用于专门用途,如推进太空火箭或在航天器中维持燃料电池。科研人员经过多年的研究,已寻找出两种较为方便的制氢方法:

  其一,是光电化学电池分解水制氢。利用太阳光照射到半导体氧化钛表面时,在氧化钛上产生的电流会使水分解,产生氢气,效率已达12%,是一种很有前途的制氢方法。

  其二,是生物制氢,人工模仿植物光合作用分解水制取氢气。目前,美国、英国用1克叶绿素每小时可产生1升的氢气,它的转化效率高达 75%。

  根据目前科学家的研究,制取氢的原料除水以外,还可利用微生物产生氢气。这方面的最初探索,大概在1942年前后。科学家们首先发现一些藻类的完整细胞,可以利用阳光产生氢气流。7年之后,又有科学家通过实验证明某些具有光合作用的菌类也能产生氢气。此后,许多科学工作者从不同角度展开了利用微生物产生氢气的研究。近年来,已查明有16种绿藻和3种红藻类有产生氢的能力。藻类主要是通过自身产生的脱氢酶,利用取之不尽的水和无偿的太阳能来产生氢气。不妨说,这是太阳能在微生物作用下,转换利用的一种形式,这个产氢过程可以在 15-40℃的较低温度下进行。

  科学家们把具有产生氢气能力的细菌划分为4个类型:

  一种是依靠发酵过程而生长的严格厌氧细菌;第二种是能在通气条件下发酵和呼吸的兼性厌氧细菌;第三种是能进行厌氧呼吸的严格厌氧菌;第四种是光合细菌。

  前三类细菌都能够利用有机物,从而获取其生命活动所需要的能量,被称做“化能异养菌”。第四类的光合细菌,可以利用太阳提供的能量,属自养细菌范畴。近年来发现有30种化能异养菌可以发酵糖类、醇类、有机酸等产生氢气,其中有些细菌产氢气能力较强。一种叫酪酸梭状芽抱杆菌的细菌,发酵1克重的葡萄糖可以产生约l/4升的氢气。

  在未来的年代,随着科学技术的发展,自然界的各种形式的碳水化合物,都可以转化为廉价的葡萄糖,从长远观点看,这条生产氢气的途径是值得探求的。为人们熟悉的大肠杆菌以及产气杆菌,某些芽抱杆菌、反刍动物瘤胃中的很多种细菌,大都具有不同程度的产氢气能力。在光合细菌中,发现约13种紫色硫细菌和紫色非硫细菌可以产生氢气,这部分细菌可利用有机物或硫化物,有的在光照下,有的并不一定需要光的照射,经过一系列生化反应而生成氢气。

  利用微生物生产氢气,在一些国家曾做了中间工厂的试验性生产,结果令人满意。采用活力强的产气夹膜杆菌,在容积为10升的发酵器中,经8小时发酵作用后,产生约45升氢气,最大产氢气速度为每小时18-23升。人们期待着用遗传变异手段大幅度提高微生物产氢气能力,为利用微生物生产氢气尽早投入实际生产和应用创造条件。

  在利用微生物生产氢气的探索道路上,需要科学家们不断寻找产生氢气能力高的各种微生物,深入研究微生物产氢的原理和条件,在上面各项工作的基础上,设计出相应的大规模生产装置系统,达到高产、稳产、成本低三项指标。虽然利用微生物生产氢气燃料,目前尚处于研究探索或小规模试产阶段,离大规模工业化生产尚有不小距离。但是,有关这方面的研究进展,为我们展现了利用微生物生产清洁燃料棗氢气的广阔前景。

  那么用什么方法来储存氢气呢?氢的储存和携带也很困难。若把它压缩到容积为40升的钢瓶中,加到150个大气压时,钢瓶内才能容0.5千克的氢;若把氢液化又需消耗大量的能量。为此,科研人员经过多年研究,已找出了几种携带和储存氢气的好方法。这些方法是:

  第一种:用海绵状的吸氢金属将氢储存起来,使温度变化的特点来储存和放出氢气。当温度由25℃升高到200℃时,钒化氢放出氢的压力就由1.9用时吸氢金属将氢放出。这种方法既减轻重量,便于携带,又可储存较多的氢。

  第二种:利用某些金属氢化物(例如钒化氢)可以随个大气压急剧升高到870个大气压。

  上述制造和储存氢气的方法正在改进和推广过程中,可以预见氢能在下一个世纪中缓解能源紧张中显露头角,建功立业。

  目前,氢能源的发展由于制造氢的价格昂贵而受到制约,它比矿物燃料要贵2-3倍。同时氢的密度很低、体积大,要缩小体积,需在零下252℃的极低温和高压下进行,仅此一项作业就要消耗大量的能源。目前一些国家都在研究使用氢的发动机,研制用氢作燃料的汽车和飞机。此外,开发、运输和储存技术也还有待进一步解决。

关键词:氢氧机