如何提取氢气

在环境日益恶化的今天，人们希望能寻找到一种方便、清洁的燃料，于是人们便想到了用氢气做为燃料，当然航天专家也想到了这点，氢燃料飞机就是在这种背景下问世的。氢燃料飞机是以氢为燃料，既节能、又无大气污染的一种新型燃料飞机。

氢燃料飞机的推广能成为现实，科学家预测最少要到2010年以后，因为推广和使用氢燃料飞机的关键，并不在发动机和飞机本身的改装上，而是在氢燃料的供应上。前面提过，蕴藏在水中的氢在地球上的储量是非常丰富的。但要把氢从水中分离出来是非常困难的。目前制氢的方法很多，其中最好的方法就是电解水，这要消耗大量的电。有人做过粗略的估算，现在欧洲每天只能生产20吨氢，而如果把正在运营的500架民航客机全部改用氢燃料，则每天需要供应6000吨氢，是目前产量的300倍。要满足这种需求，需要有10个大型电站提供电能，这还不把将氢液化所需的能量包括在内。所以，从经济上讲，使用液氢和直接使用矿物燃料相比是很不合算的（目前液氢的成本约是航空煤油的3倍）。只有随着制氢技术的发展，廉价的氢燃料容易获得时，氢燃料飞机的推广方能成为现实人们期待着这一天能早日到来。

人类迫切需要找到新能源，用太阳光来产生氢气是怎么回事？因为氢气是一种清洁能源，是人类下一步寻找新能源的最佳选择。

目前，人类的主流能源存量越来越少，价格也就越来越高，难以维系太久时间。况且，目前常用的能源燃烧起来会产生大量温室气体，危害大气污染环境，对地球的长久发展无益。所以，人类急切地想要开发新能源来代替现在的能源。而氢气，作为一种清洁能源，走进了大家的视线。氢气的燃烧不会产生任何有害物质，只有水，基本就是零排放零污染的理想能源。那么氢气的主要来源就成了下一步的重点。科学家认为，目前地球海水数量众多，而且源源不断，用之不竭，可以作为提取氢气的原材料，但如何从海水中提取氢气就成了问题。

最初是考虑用电解的方法从净化后的海水中提取出氢气，可这种方法只适用于小型实验室规模，没有办法大批量投入使用。直到目前，还是没有一个特别好的提取氢气的办法，要不然就是造价太高，无法广泛推广。

于是有些国外的科学家想利用太阳能装置来从海水中提取氢气。也就是说，用太阳光来发电，进而对海水进行电解。不过虽然不需要对海水进行前期净化，但是需要先把水分子和氢气分子分隔开来。太阳能电池板在工作的时候，就可以将氢气聚集在电池板的负极，从而被收集起来。不用提前净化海水，不用在意水中的杂质，这种方法听起来确实很棒，受限制条件也不多。不过具体的量产情况还是需要大量实验去验证的，让我们拭目以待。而太阳能风能等也是我们十分重视的新能源。

在过去几十年里,研究人员都在寻找一些独特的催化剂,利用太阳的能量将氢气从水中提取出来.那些催化剂首先吸取太阳中的光子能量,然后利用这些能量加快水分子中氢原子和氧原子的裂解速度,而这两种原子反过来组成水分子的速度仍然很慢,所以最终有氢气和氧气从水中冒出来.这样的催化剂通常都是由一些无机物半导体材料制备而来的,譬如用在计算机芯片里面的硅元素.但是半导体催化剂的工作效率非常低,消耗的能量还是太多,根本不能进入真正的生产和生活领域.

现在,研究者们正在努力寻找一些能够更有效地吸取太阳能量的催化剂,使它们在原子间传送电子的能力更强大、速度更快.现在,这样的催化剂已经找到,不过它已经不是半导体类的无机物了,而是一种超级生物大分子,或者说巨型分子复合体.这种巨型分子复合体主要由两部分构成——分别称为分子的两种亚基,一部分负责从太阳光中吸收光子能量,另一部分负责获取自由电子.

以这种超级分子复合体为核心,可以组成一种利用日光能量将氢原子从水中提取出来的特殊装置.这种廉价高效的方法,可以获得大量的氢气用于驱动汽车、飞机、火车等,也可以用它们与空气中的氧气燃烧后生产清洁的水和能量,当然也可以用来制造燃料电池生产电能.

可以神奇组合的巨型分子

早在数年以前,科学家们就发现,含有金属元素钌的生物大分子对阳光的吸收效率非常高,并能够产生足够的能量将氧化态的氢元素还原成氢气产物.这个具体的化学过程就是：这种含有钌的大分子每次“吃饱”了光子以后,可以产生两个以上的电子,这些电子的能量将水分子裂解开来,就形成了单独的氢分子和氧原子.

最近科学家们创造的这种巨型分子由铑、钌、氯、碳、氮、氢等六种元素组成.这个巨型分子形状像一个长形的魔棒,它的两头是两个含有金属钌的亚基,用来捕捉太阳光子能量,产生自由电子；中心是含有金属铑的亚基,用来将钌亚基传来的能量（自由电子）裂解水分子间的化学键,从而分离出氢气；当然还有一个很重要的部分,那就是在这两个部位之间,有两个把它们联系起来的亚基,进行电子传输.这些亚基拆开以后可以独自完成自己的功能,当和其它的亚基组合起来后又可以完成新的更复杂的任务,这就像一些通用机械零件,通过不同的组装可以形成不同的机器,具有不同的功能,能完成不同的任务.

为了完成对这种神奇大分子的设计、制备以及使这种分子利用光能收集电子进入实用阶段,研究者们花费了整整十年的时间.现在,由于已经充分理解了这种巨型分子各部件的原理,要设计一套从水中抽取氢原子的系统不再是难事了.目前,研究者们仍然在继续调整这个巨型分子的计方案,使它的生产效率更高,使用过程更稳定.

这套巨型分子系统还可以通过安装具有新的功能的亚基,增加新的功能,从被裂解水分子中获取余下的部分——氧.除了裂解水以外,科学家们还相信,利用太阳能和这种巨型分子的设计思想,一些经济有效、功能多变的化学反应将出现在日常生活中,让人们能自己制造他们想要的化学产品.

2.工业制取

3.未来

实验室制法:

Zn+2HCl=ZnCl+H2

工业制法:

2H2O=2H2+O2

答：目前制造氢气的方法要么利用矿物燃料,要么通过分解水,两者成本都相当高.而锌等金属与水反应可产生氢气,但这种方法对金属的纯度要求很高.传统提取锌的方法需要通过很多化学步骤,使用酸和电,纯度很难达到生成氢的要求.

用64个7米宽的镜子聚集一束太阳光,射到装有氧化锌和木炭的反应塔中.太阳光的功率可达到300千瓦,使塔内混合物的温度达到1200摄氏度,每小时可生成50公斤锌粉.利用这种方法生成的锌就可以用来制造氢气.

目前的方法还不是完全清洁的,因为木炭燃烧释放出一氧化碳.但科学家指出,如果达到工业化生产水平,就可以将一氧化碳回收,再生成氢气,这种方法将既经济又清洁.

将水蒸气通过炽热的炭层：C+H2O(g)=高温=CO+H2（水煤气），再低温分离

⑵由裂化石油气生产（生产设备裂化设备，变压吸附设备，脱碳设备）

CH4=高温催化=C+2H2

⑶电解水生产（生产设备电解槽设备）

⑷工业废气。

⒉民用氢气生产方法：

⑴氨分解（生产设备汽化炉，分解炉，变压吸附设备）

⑵由活泼金属与酸（生产设备不锈钢或玻璃容器设备）

(3)强碱与铝或硅（生产设备充氢气球机设备）一般生产氢气球都用此方法。

Si+2NaOH+H2O=加热=Na2SiO3+2H2↑

(4)甲醇裂解（生产设备导热油炉，甲醇汽化裂解设备，变压吸附装置）一般用氢气量较大化工厂均用此方法。

CH3OH=高温催化=2H2↑+CO↑，低温分离

⒊试验室氢气生产方法：

硫酸与锌粒（生产设备启普发生器）

4.其他

(1)由重水电解。

(2)由液氢低温精镏。

制取氢气的新方法

1.用氧化亚铜作催化剂并用紫外线照射从水中制取氢气。

2.用新型的钼的化合物做催化剂从水中制取氢气。

3.用光催化剂反应和超声波照射把水完全分解的方法。

4.陶瓷跟水反应制取氢气。

5.生物质快速裂解油制取氢气。

6.从微生物中提取的酶制氢气。

7.用细菌制取氢气。

8.用绿藻生产氢气。

9.有机废水发酵法生物制氢气。

10.利用太阳能从生物质和水中制取氢气。

利用太阳能从生物质和水中制取氢气是最佳的制取氢气的方法。理由是太阳能能量巨大、取之不尽、用之不竭、而且清洁、无污染、不需要开采、运输。怎样制取氢气的成本就大大降低。

11.用二氧化钛作催化剂，在激光的照射下，让水分解成氢气和氧气.

12.硼和水在高温下反应制取氢气，化学方程式为2B+6H20=====高温=====2B(OH)3+3H2↑

【希望以上资料对你有帮助。】

氢是氢能汽车的主要能源。氢在自然界中以化合物的形式存在。氢气的开发主要有以下几种方法

一、通过分解水产生氢气

水电是一种廉价的可再生资源。水力电解水制氢是一种常用的方法；特别是直接热化学水裂解、光电化学水裂解、光热发电电解水、光催化水裂解等制氢技术发展迅速，是近期替代化石燃料的发展方向。对于水资源、风能资源、太阳能资源丰富的地区，电解水不仅可以生产廉价的氢气，还可以实现资源的合理互补利用，具有一定的现实意义。

二、化石燃料制氢

氢是由石油、煤和天然气等化石燃料产生的。虽然制氢消耗的化石原料性质有限，但在更先进、更成熟的制氢方法出现之前，制氢仍将是未来获取氢气的重要途径。

三、生物制氢法

生物制氢法也是目前主要的制氢方法之一。它利用生物技术制氢，包括微生物制氢和生物质气化热解制氢。它具有原料来源丰富、反应条件温和、能耗低、不消耗矿产资源、节能、清洁、环保等优点。

氢能储运技术是发展氢能有效利用的重要课题。目前比较常用的储运方式有氢气压缩，即高压氢气的储运，即氢气压缩的压力为25 ~ 30 mpa甚至更高，这就使用了特殊的钢瓶、高压储氢容器，便于储运。但由于氢气密度低，氢气的重量远低于钢瓶的重量，存在爆炸的风险，是一种效率较低的方法；对于氢气的液化储存和运输，氢气在室温下是气态的，并且具有非常大的体积。很大。较好的储运方式是液氢液化和液氢运输。但液氢生产技术落后，工艺流程相对落后，设备陈旧，生产规模小。因此，液氢价格昂贵，应用范围有限；金属氢化物的储存和运输。储氢金属或合金是指在一定温度和氢气压力下，能够可逆地吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。金属氢化物储氢是目前应用最广泛的储氢材料，具有能耗低、容量大、制备技术成熟、安全可靠等优点。

因为直接用可再生能源发电导致电网的调峰压力非常大，巨大。弃风弃光弃水问题很严重。储能是提高电网调节能力的最佳手段之一。目前应用最多的是抽水蓄能，其次也有储热、电化学电池、压缩空气的各种技术路线。

本质上电制氢也是储能的一种。在电网下调峰能力不足的时候（即出现弃电的时候），将弃电部分用来制氢，或者在夜间负荷低的时候，用低价电制氢，在需要的时候，不管是发电还是直接燃烧，取用储存的能量。

用氢作为能源发电，两步过程中能量难免会有损失，但是其实仔细琢磨一下，还是可行的，主要是得采用廉价易得的电能来电解之制氢，像大规模的太阳能、风能都是很好的清洁能源。

提高电解制氢的效率后，能量从太阳能转移到氢能源里。由于氢气能量密度大，移动性好，不受天气影响，所以用氢气作为汽车的驱动能源还是很不错的选择，清洁环保。这其中最主要的还是得提高制氢的效率和氢转化为电和动力的效率。

可再生能源制氢的用处

可再生能源制氢有它的优势，采用了可再生能源，以风光水等等可再生能源为载体，以氢气作为一个二次能源的载体，在能源转型中可以和电力互为补充，以实现工业、建筑、电力、交通运输等产业互联。

目前广泛使用的氢源主来自化石燃料、电解水和化工副产氢。此外，生物质制氢、核能制氢和光催化制氢正在研究，还没达到工业化应用的水平。可再生能源制氢只能选择电解水制氢，化石燃料制氢和化工副产氢都是有碳排放的。

我们来看看目前我国氢气生产的来源：

我国制氢原料中以碳排放最高的煤制氢为主，占比高达62%，其次为天然气重整制氢占比为19%，电解水制氢占比最少，仅为1%。

绿氢”的生产途径有哪些

我国目前氢能产业仍处于初期阶段，氢气主要以“灰氢”为主，在生产过程中会有大量的CO2排放，并不能算是清洁能源。最终阶段的氢气是“绿氢”，这类氢气是通过使用可再生能源（例如太阳能、风能、核能等）制造的氢气。

目前较为成熟的生产方式是：可再生能源发电进行电解水制氢：主要是利用风光发电制氢，在生产“绿氢”的过程中，能够实现完全的无碳化。水电解制氢主要原理为水分子在直流电的作用下被解离生成氧气和氢气，分别从电解槽阳极和阴极析出。根据电解槽隔膜材料不同，可以分为碱性水电解（AE）、质子交换膜（PEM）水电解以及高温固体氧化物水电解（SOEC)。

正在开展研究的未来可能的氢能生产方式有: 1，液氨制氢, 主要原理是利用液氨和钠单质反应生成氨基化钠，然后氨基化钠将分解成为氮气、氢气以及钠单质。2，生物制氢，生物法制氢是把自然界储存于有机化合物中的能量通过产氢细菌等生物的作用转化为氢气。生物制氢是微生物自身新陈代谢的结果。具体包括：光解水制氢，暗发酵制氢，光发酵制氢几种方式3，太阳能制氢，目前太阳能制氢技术实现的主要途径有光化学制氢、光催化法制氢、人工光合作用制氢等。4，核能制氢，核能制氢就是利用核反应堆产生的热作为制氢的能源，通过选择合适的工艺，实现高效、大规模的制氢；同时减少甚至消除温室气体的排放。