氨气氧化释放能量来自太阳能吗
氨(NH3)是化肥的重要组成部分,是世界第二大工业化学品,年产量约1.8亿吨,其中近90%用于满足全球农业生产需求。
同时,鉴于相比绿色氢气有许多优势,氨也越来越被视为潜在的绿色能源,可用于电力生产和航运业等一些难以脱碳的行业领域。但是,目前传统生产氨的主要方式——哈伯-博世法(Haber-Bosch【H-B】)与人类应对气候变化的主旋律并不相容。
在H-B工艺中,氢气(H2)和氮气(N2)在可承受高温(350-500°C)高压(150-300 bar)的反应器中通过放热催化反应生成氨。在工业H-B工艺中,这种氨生产工艺的基本原料是通过消耗碳氢化合物获得的:H2通常通过蒸汽重整从甲烷(CH4)中获得,N2则来自CH4燃烧去除氧气(O2)后的空气。在此过程中,碳氢化合物燃料被燃烧以产生反应过程所需的热量和机械能,但同时会排放出大量二氧化碳(CO2)。据统计,全球平均每生产3吨氨气就会产生一吨二氧化碳。
能不能用可再生能源以一种更加绿色环保的方式来生产氨呢?比如太阳能?
为了设计这样一种全新的工艺,多国科学家进行了大量的可持续能源研究,也得到了各国政府的资助。然而,到目前为止,大多数研究人员已经研究了如何将H-B过程转化为绿色(无化石燃料)或蓝色(化石燃料,具有碳捕获和储存功能),但是这些思路并未改变氨气催化反应所需要的高压运行条件。
不过,目前美国能源部资助的一个由桑迪亚国家实验室、乔治亚理工学院和亚利桑那州立大学组成的多机构项目提出了一个区别大多数研究的创新型思路,即:利用太阳能聚光集热技术来作为生产氨的唯一能源。
一种全新的太阳能热化学氨生产工艺
据悉,由桑迪亚国家实验室Andrea Ambrosini博士领导的多机构团队目前正在研究这种完全不涉及H-B工艺的碳中性氨生产方法。该团队正在评估一种独特的太阳能热化学氨生产工艺的可行性,该工艺完全不排放二氧化碳。
来自亚利桑那州立大学、参与撰写《太阳能驱动的基于两步热化学循环的空气氮气分离工艺》的助理研究科学家Alberto de la Calle博士介绍:“我们提出了一种可持续的氨生产思路,不需要化石燃料,而是利用集中太阳能辐射。这种正在开发的先进太阳能热化学循环技术可以从空气中生产和储存氮气,然后通过先进的两级工艺生产氨,更重要的是它可以降低合成氨所需的压力
nh3是清洁燃料。根据化学知识,氨(NH3)作为一种不排放二氧化碳的无碳燃料近年来引起了人们的关注。作为燃料使用,它应该具有较低的燃烧温度并仅产生氮(N2)和水。现在,研究人员已经成功地开发了一种新的催化剂,在低温下燃烧NH3并产生N2。结果预计将有助于提出气候变化的对策,及增加可再生能源的使用。
可再生能源的优点
可再生能源的优点,大家都知道所谓可再生能源就是指可以二次利用的能源中国新能源产业规模上升到新的台阶中国新能源产业结构也不断优化升级。接下来我给大家分享可再生能源的优点。
可再生能源的优点11、开发利用可再生能源是落实科学发展观、建设资源节约型社 会、实现可持续发展的基本要求。充足、安全、清洁的能源供应是经 济发展和社会进步的基本方向。
2、开发利用可再生能源是保护环境、应对气候变化的重要措施。 目前,我国环境污染问题突出,生态系统脆弱,大量开采和使用化石 能源对环境影响很大,特别是我国能源消费结构中煤炭比例偏高,氧化碳排放增长较快,对气候变化影响较大。可再生能源清洁环保, 开发利用过程不增加温室气体排放。
3、开发利用可再生能源是建设****新农村的重要措施。农村是目前我国经济和社会发展*薄弱的地区,能源基础设施落后,全国还有约 1150 万人没有电力供应,许多农村生活能源仍主要依靠秸秆、薪柴等生物质低效直接燃烧的传统利用方式提供。
4、开发利用可再生能源是**新的经济增长领域、促进经济转 型、扩大就业的重要选择。可再生能源资源分布广泛,各地区都具有 一定的可再生能源开发利用条件。可再生能源的开发利用主要是利用 当地自然资源和人力资源,对促进地区经济发展具有重要意义。
可再生能源的优点21、可再生能源的.资源量大于常规能源, 常规能源一般指化石能源煤炭、石油、 天然气等)其储量是有限的。可再生能源 如太阳能,它的资源对有限的人类发展阶 段可以说是无限的,地球上一年中接收到 的太阳能高达8*10↑18kWh,可见其量的 巨大。风能、生物质能、海洋能等其他可 再生能源都是太阳能的副产物,所以说“ 万物生长靠太阳”是非常好的比如。
2、清洁,非常低的污染,不能说无污染 的原因在于,大规模利用可再生能源以后 ,对环境的影响有些还未表现出来,如盐 城地区,大规模风电场的出现,对于候鸟 就可能产生影响。但是,总的来说目前没 有发现明显的污染加大的现实。
3、可循环使用,这是确定的,这是由于 可再生能源本身的定义所确定的
4、目前的开发成本仍然较高,这主要是 因为,可再生能源的能量密度大多数比较 低,例如,太阳能每平方米的理论功率只 有1kW左右,生物质能的单位重量的发热 量只有煤的一半不到秸秆的发热值约为 3000大卡/公斤)等,对于低的能量密度 ,要形成规模化效应,只有规模化应用, 即遍地开花的应用才能达到。由于可再生 能源的能量密度低,它们的开发成本低
可再生能源的优点3可再生资源的优点
一、太阳能优点:
1、普遍:到处都有,可直接开发和利用,且无须开采和运输;
2、无害:开发利用太阳能不会污染环境,它是最清洁能源之一;
3、巨大:每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤;
4、长久:太阳的能量是用之不竭的。
二、风能优点:
风能为洁净的能量来源。风力发电机风能设施日趋进步,大量生产降低成本,在适当地点,风力发电成本已低于发电机。风能设施多为不立体化设施,可保护陆地和生态。风力发电是可再生能源,很环保。
三、生物质能优点:
1、提供低硫燃料;
2、提供连接能源;
3、讲有机物转化成燃料可减少环境公害;
4、与其他非传统性能源相比较,技术上的难题较少。
氢能是一种清洁能源,可以应用到能源、交通、建筑、工业等多个领域,按照氢的制取工艺的不同,主要是生产来源和生产过程中的碳排放不同,人们将氢能分别称为灰氢、蓝氢和绿氢。
灰氢和蓝氢都是利用天然气作为原料,生产过程相同,都会产生二氧化碳,只是当二氧化碳直接排放时,这个过程生产的氢气就称作灰氢,如果对产生的二氧化碳进行回收,那么生产出来的氢气就称作蓝氢。
绿氢就是通过可再生能源电力来电解水的方式,只产生氢气和氧气,没有二氧化碳排放,所以称作绿氢。
目前的制氢过程几乎都是天然气生产的灰氢,绿氢的占比还不高,所以,尽管氢是清洁能源,但由于生产过程有很高的碳排放,所以并不是碳中和背景下得很好的替代能源,应该说,绿氢才是未来所需的真正意义上的清洁能源。
电解水制氢气是通过电能给水提供能量,破坏水分子的氢氧键来制取氢气,制取效率一般在 75%-85%,每立方米氢气电耗为 4-5 kWh,电费占整个水电解制氢生产费用的80%左右,成本高导致电解水制氢的竞争力不高,因此水电解制氢成本的关键在于耗能问题。
如果一项新技术,比如通过电解氨水来制取绿氢,所需电力仅为电解水方法的三分之一,那就意味着降低了能耗,也就降低了成本,提高了绿氢的竞争力,可以扩大其应用范围。
最后,还要说一下氢能的运输,由于氢的储能密度很低,所以,如果以氢的形式运输能源就会比运输化石燃料还要贵,所以目前储运难也是制约氢能发展的瓶颈之一。
氨比氢更容易液化,在同等条件、标准大气压下,液氨在-33℃就能够实现液化运输,但如果直接运输液氢温度则需要降至-253℃左右。所以,氨可以作为氢的运输载体,解决储运难题。
1。开发利用可再生能源是落实科学发展观、建设资源节约型社会、实现可持续发展的基本要求。充足、安全、清洁的能源供应是经济发展和社会进步的基本保障。
我国人口众多,人均能源消费水平低,能源需求增长压力大,能源供应与经济发展的矛盾十分突出。 从根本上解决我国的能源问题,不断满足经济和社会发展的需要,保护环境,实现可持续发展,除大力提高能源效率外,加快开发利用可再生能源是重要的战略选择,也是落实科学发展观、建设资源节约型社会的基本要求。
2。开发利用可再生能源是保护环境、应对气候变化的重要措施。目前,我国环境污染问题突出,生态系统脆弱,大量开采和使用化石能源对环境影响很大,特别是我国能源消费结构中煤炭比例偏高,二氧化碳排放增长较快,对气候变化影响较大。
可再生能源清洁环保,开发利用过程不增加温室气体排放。开发利用可再生能源,对优化能源结构、保护环境、减排温室气体、应对气候变化具有十分重要的作用。
3。开发利用可再生能源是建设社会主义新农村的重要措施。
农村是目前我国经济和社会发展最薄弱的地区,能源基础设施落后,全国还有约1150万人没有电力供应,许多农村生活能源仍主要依靠秸秆、薪柴等生物质低效直接燃烧的传统利用方式提供。 农村地区可再生能源资源丰富,加快可再生能源开发利用,一方面可以利用当地资源,因地制宜解决偏远地区电力供应和农村居民生活用能问题,另一方面可以将农村地区的生物质资源转换为商品能源,使可再生能源成为农村特色产业,有效延长农业产业链,提高农业效益,增加农民收人,改善农村环境,促进农村地区经济和社会的可持续发展。
4。开发利用可再生能源是开拓新的经济增长领域、促进经济转型、扩大就业的重要选择。可再生能源资源分布广泛,各地区都具有一定的可再生能源开发利用条件。可再生能源的开发利用主要是利用当地自然资源和人力资源,对促进地区经济发展具有重要意义。
同时,可再生能源也是高新技术和新兴产业,快速发展的可再生能源已成为一个新的经济增长点,可以有效拉动装备制造等相关产业的发展,对调整产业结构,促进经济增长方式转变,扩大就业,推进经济和社会的可持续发展意义重大。
可再生能源有风能、太阳能、地热能、海潮海浪能、水力发电、动植物油及其产生的沼气、水电解氢、氢燃料电池、超长寿命的固体电池等等很多种类。
可再生能源的特点是可再生,可持续,有些如太阳能、风能、水力、地热能等大部分还是很环保的能源。
它们在生产和生活中的应用和现在我们在使用的电源、燃气、煤、电池的用途一样。
NH3 + H2O → NH4+ + OH-
其性质和氨气完全不一样。实验室的稀氨水一的浓度一般为1M至2M。氨的饱和水溶液(大约18M)的密度是0.880g cm-3,故可称之为.880 Ammonia。
由于氨有广泛的用途,氨是世界上产量最多的无机化合物之一,多于八成的氨被用于制作化肥。
由于氨可以提供孤对电子,所以它也是一种路易斯碱。
第一次世界大战以前,大部分的氨都是以干馏[4]含氮的蔬菜及动物的粪便(如骆驼粪),并以氢作为还原剂以把亚硝酸及亚硝酸盐还原而制成。除此以外,氨亦可以煤的破坏蒸馏或从铵盐在氢氧化物(如氢氧化钙,即熟石灰)[5]制得,所使用的铵盐普遍为氯化铵。
2 NH4Cl + 2 CaO → CaCl2 + Ca(OH)2 + 2 NH3
现今的工厂大多使用哈伯法: 在200大气压力和500℃的条件下,以氧化铁为催化剂,加热氮气和氢气制得。
N2(g) + 3H2(g)(可逆)2NH3(g)
合成氨的原料氮气来自于空气(以液态空气的分馏取得),氢气来自于水和燃料。由于化石燃料短缺, 制氨用的氢理论上可以用水的电解 (现今4%的氢由电解制备)或热化裂解(thermal chemical cracking)制得,但现在来说,这些方法都是不实际的。热裂解所需的热能可以从核能反应中取得,而风力发电、太阳能发电及水力发电产的的过剩电能可以用来电解水制氢。现在为止,从空气及燃料制氨以外的替代方案是不经济的,而且这些方法对环保的作用仍未被确定。
用途
由于氨拥有非常刺鼻的气味,在救伤方面,会用少量易于挥发的氨作为令人清醒的吸入剂。
生产硝酸
玻璃清洁剂
生产肥料
航空燃料(X-15)
氨污染:
氨气极易溶于水,对眼、喉、上呼吸道作用快,刺激性强,轻者引起充血和分泌物增多,进而可引起肺水肿。长时间接触低浓度氨,可引起喉炎、声音嘶哑。
写字楼和家庭室内空气中的氨,主要来自建筑施工中使用的混凝土外加剂。混凝土外加剂的使用有利于提高混凝土的强度和施工速度,但是却会留下氨污染隐患。另外,室内空气中的氨还可来自室内装饰材料,比如家具涂饰时用的添加剂和增白剂大部分都用氨水,氨水以成为建材市场的必备。
一般来说,氨污染释放期比较快,不会在空气中长期积存,对人体的危害相对小一些,但是也应引起大家的注意。
氨造成的事故,国内比较多,加拿大仅有2001年的一次报道如下:
东方网2001年2月4日消息:据当地媒体报道,加拿大西部艾伯塔省德雷迪尔市2日晚发生一起氨泄漏事故,迄今已造成10人受伤,正在医院接受治疗,其中一人病情严重。该市已宣布进入紧急状态。
来自德雷迪尔市的消息说,一列货车於当地时间2日晚在行使到德雷迪尔市郊时发生脱轨,两节车厢倾覆,其中一节车厢内75吨无水氨泄漏,对周围两公里内居民的健康与安全构成威胁,附近的5000市民被迫撤离。
当局在接到报警电话后紧急空运救援人员到现场,并於3日宣布该市进入紧急状态。
事故发生后,附近的一条高速公路暂时关闭,以防氨气挥发造成危险。
专家警告说,无水氨与人体水分接触会发生化学反应,对皮肤、眼睛和肺部都会造成损害。无水氨一旦与酸性物质发生化学反应还会引起爆炸。