1前言 石油和天然氣兩種處於自然狀態的烴類化合物能源具有不可再生性，隨著化石燃料耗量的日益增加，終將要枯竭，這就迫切需要尋找壹種不依賴化石燃料、儲量豐富的新的能源。氫能 就是這種能源，且氫能的研究同時還迎合了工業化國家日趨嚴格的環保政策，因而各國對氫能的研究變的日益活躍起來。 氫原子序數為1，常溫常壓呈氣態，超低溫、高壓下又可成為液態。作為能源， 氫有以下特點： 1）氫是構成了宇宙質量的75％，存儲量大。 2）氫的發熱值高，是汽油發熱值的3倍。 3）氫燃燒性好，點燃快，3％－97％範圍內均可燃。 4）氫循環使用性好，燃燒反應生成的水可用來制備氫，循環使用。 5）氫利用形式多，可以產生熱能、可用於燃料電池，或轉換成固態氫作結構材料。 美國著名石油專家埃克諾米迪斯博士預測：主宰未來世界的能源將是氫能。 2氫能的主要應用領域 2.1二航天 早在M戰期間，氫即用作A－2火箭液體推進劑。1970年美國”阿波羅”登月飛船使用的起飛火箭也是用液氫作燃料。 目前科學家們正研究壹種”固態氫”宇宙飛船。固態氫既作為飛船的結構材料，又作為飛船的動力燃料，在飛行期間，飛船上所有的非重要零部件都可作為能源消耗掉，飛船就能飛行更長的時間。 2.2交通 在超聲速飛機和遠程洲際客機上以氫作動力燃料的研究已進行多年，目前已進人樣機和試飛階段。據歐洲空客公司預測，到2004年，歐洲生產的飛機將部分采用液氫為燃料。德國戴姆勒壹奔馳航空航天公司以及俄羅斯航天公司從1996年開始試驗，其進展證實，在配備有雙發動機的噴氣機中使用液態氫，其安全性有足夠保證。 美、德、法等國采用氫化金屬貯氫，而日本則采用液氫作燃料組裝的燃料電池示範汽車，已進行了上百萬公裏的道路運行試驗，其經濟性、適應性和安全性均較好。美國和加拿大計劃從加拿大西部到東部的大鐵路上采用液氫和液氧為燃料的機車。 2.3：民用 除了在汽車行業外，燃料電池發電系統在民用方面的應用也很廣泛。氫能發電、氫介質儲能與輸送，以及氫能空調、氫能冰箱等，有的已經實現，有的正在開發，有的尚在探索中。燃料電池發電系統的開發目前也開發的如火如茶：以PEMFC為能量轉換裝置的小型電站系統和以SOFC為主的大型電站等均在開發中。 2.4：其它 以氫能為原料的燃料電池系統除了在汽車、民用發電等方面的應用外，在軍事方面的應用也顯得尤為重要，德國、美國均已開發出了以PEMFC為動力系統的核潛艇，該類型潛艇具有續航能力強，隱蔽性好，無噪聲等優點，受到各國的青睞。 3 氫能應用的主要問題 3.1：氫氣制備 氫氣能否廣泛使用，制氫工藝是基礎，目前主要的制氫工藝主要包括： 1）采用礦物燃料、核能、太陽能、水能、風能及潮汐能等方式電解水制備氫氣是目前的主要研究方向，其中以利用太陽能制氫的研究最多也最有前途； 2）熱化學循環分解水制氫方法是在水反應系統中加人中間物，經歷不同的反應階段，最終將水分解為氫和氧，且中間物不消耗； 3）光化學制氫是在有光照催化劑作用下，促使水解制得氫氣； 4）礦物燃料制氫是利用化學方法將礦物中的氫元素提取出來的方法，如煤的焦化、煤的氣化等； 5）生物質制氫是在將生物體中的氫元素通過裂解或者氣化的方法提取出來的方法； 6）各種化工過程副產品氫氣的回收，如氯堿工業、冶金工業等。水電解制氫、生物質制氫等制氫方法，現已形成規模，其中，低價電解水制氫方法在今後仍將是氫能規模制備的主要方法，目前應用中尚需要降低電耗。 3.2：氫氣壹運輸 工業實際應用中大致有五種貯氫方法，即： (1)常壓貯存，如濕式氣櫃、地下儲倉； （2）高壓容器，如鋼制壓力容器和鋼瓶； （3）液氫貯存：采用液氫貯存，就必須先制備液氫，生產液氫壹般可采用三種液化循環，其中帶膨脹機的循環效率最高，在大型氫液化裝置上被廣泛采用；節流循環，效率不高，但流程簡單，運行可靠，所以在小型氫液化裝置中應用較多。氦制冷氫液化循環消除了高壓氫的危險，運轉安全可靠，但氦制冷系統設備復雜，故在氫液化中應用不多。 （4）金屬氫化物：當用貯氫合金制成的容器冷卻和壓人氫時，氫即被儲存；加熱這壹貯存系統或降低其內部壓力，氫就會釋放出來。 目前金屬氫化物合金體系主要有：l）LaNi5系合金；2）MnNi5系合金等；3）TiMn系合金；4）TiMn系合金（ABZ）；5）鎂系合金；6）納米碳等。 （5）除管道輸送外，高壓容器和液氫槽車也是目前工業上常規應用的氫氣輸送方法。 3.3金屬氫化物貯氫裝置的開發 在氫的制備和貯存、輸送問題解決後，下壹步的研究就是氫化物貯氫裝置的開發，目前主要包括以下兩類： 3.3.l固定式貯氫裝置 固定式貯氫器其服務場合多種多樣，容量則以大中型為主。美國開發的以TiFe0.9Mn0.1合金為基體中型固定式貯氫器；日本則用MmNi4.5Mn0.5貯氫合金開發了疊式固定裝置；德國用TiMn2型多元合金開發的貯罐是由32個獨立貯罐並聯而成，容量為目前世界上最大的；我國浙江大學分別用（MmCaCu）（NiA1）5增壓型貯氫合金、MINi4. 5 Mn0. 5合金分別開發了兩種固定式裝置。 3.3.2移動式貯氫裝置 移動式貯氫器除了攜帶運輸氫氣外，還可用於燃料電池氫燃料的存儲。作為移動式裝置要兼顧貯存與輸送，因此要求重量輕、貯氫量大等問題。其中金屬氫化物貯氫器不需附加設備（如裂解及凈化系統），安全性高，適於車船方面應用；用常溫型合金，質量貯能密度與 15 M Pa高壓鋼瓶基本相同，但體積可小得多。如德國海軍的混合推進系統在潛艇，氧以液氧形式貯存，氫則以TIFe合金貯存。 3.4目前工作的方向 在PEMFC已有技術基礎上，除繼續加強大功率PEMFC的關鍵技術研究外，還應註意PEMFC系統工程關鍵技術開發和系統技術集成，這是PEMFC發電系統走向實用化過程的關鍵。 在航空領域則要是解決氫能的貯存和生產成本問題，目前的壹個研究趨勢是開始將傳統的機翼設計成為可以容納更多液態氫的新型構造。 在汽車領域的問題主要是存在貯氫密度小和成本高兩大障礙：以儲氫合金貯氫為動力的汽車連續行駛的路程受限制，而以液氫為動力的主要是由於液氫供應系統費用過高而受到限制。 氫在航天動力方面已廣泛應用，例如大容量鎳氫電池等，但氫能的大規模的應用還有待解決以下關鍵問題：l）廉價的制氫技術；2）安全可靠的貯氫和輸氫方法。 4 未來氫能經濟社會的特色 隨著科學技術的進步和氫能系統技術的全面進展，氫能應用範圍必將不斷擴大，氫能將深人到人類活動的各個方面，因而我們可以勾勒出未來氫能經濟社會的壹副大致圖畫： l）、化石能源（石油、煤炭、天然氣）封存，留作化工原料； 2）、建立居家小型電站，取消遠距離高壓輸電，通過管道網，送氫氣至千家萬戶。 3）、各種類型空氣壹氫燃料電池成為普遍采用的發電工具。 4）、取締內燃機動力，汽車、火車、飛機改用燃料電池，消滅了壹切能源汙染隱患和內燃機車噪音源。 5）、每個城市和家庭有能源供應和回收的完善循環系統。 6）取消火力發電，核電站、水利發電站、風力發電站、潮汐發電完成正常的電力供應後，剩余電力用於電解水制氫，作為儲備能源。 5 我國發展氫能的對策 氫能的研究和應用是歷史不可逆轉的潮流，各國政府目前均對此展開了大量的研究，我國在這方面也投入了不少的人力、物力、財力，並取得了壹定的成果，但我們也應該看到目前我們與工業化國家的差距，根據我國的國情制定相應的氫能發展戰略，個人認為應包括以下的幾點： (1)電解水制氫是獲取氫源的重要途徑，目前因耗電量大、電價高導至氫氣成本高，推廣使用受到限制，開發新型電解水制氫工藝，降低能耗也是壹個重要的議題。 (2)各種新的制氫方法如從HZS制氫、從生物質制氫及用熱化學法水分解制氫以及化工產品中副產品氫氣的回收等應予以重視； (3)儲氫材料的研究國內進行了較多的研究，但是目前很少有實用化的報道，因而開展科技成果的轉化以及新型儲氫和輸氫裝置的研究也尤為重要； (4)氫能未來應用的主要領域還是在燃料電池方面，我國開展這方面的研究也已經有壹定基礎，但主要是集中在研究燃料電池組件方面，對於系統集成等研究報道不多，同時由於資金和技術方面等因素，目前與國外還是有較大的差距，因而應加大投資力度，迎頭趕上。 (5)氫能開發最有前景的方式是與太陽能結合，因而對於太陽能電池系統及材料的研究也應當引起足夠的重視。 6結語 就環境保護和市場需求而言，潔凈和成本是兩個關鍵參數，光有潔凈而成本過高就沒有市場，因而目前降低氫能的利用成本成為當務之急，各工業化國家對這方面的研究都十分重視，其中美國政府決定今後五年為開發氫能撥款 17億美元，力爭到 2040年以前使每天的石油消耗量減少 1100萬桶。世界上40家重要的汽車廠商中，已有25家決定考慮采用氫能，以適應日益嚴格的環保政策。因而雖然目前困難重重，但在不久的將來我們可以預見氫能的利用壹定能夠走進我們生活的方方面面。
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