什么是可再生能源制氢技术

吸氢机其工作的主要原理是：去离子水被供到膜一电极组件上，在阳极侧反应析出氧气、氢离子和电子；电子通过电路传递到阴极，氢离子以水合的形式(H+XH20)通过离子交换膜到阴极；在阴极，氢离子和电子重新结合形成氢气，同时，部分水也带到了阴极。

化石能源制氢技术比较成熟，可以满足规模用氢需求；制氢技术正向可再生能源制氢转变。

一、工业制氢技术主要有以煤、天然气、石油等为原料的催化重整制氢，氯碱、钢铁、焦化等工业副产物制氢，生物质气化或垃圾填埋气生物制氢，采用网电或未来直接利用可再生能源电力电解水制氢；处于实验室阶段但潜力大的有光催化分解水、高温热化学裂解水和微生物催化等先进制氢技术。

二、氢气发生器电解槽 电解槽类型一般有：碱性电解槽、基于离子交换技术的聚合物薄膜电解槽和固体氧化物电解槽。

1、实验室中使用的碱性电解槽制氢和聚合物薄膜电解槽制氢。

2、碱性电解槽是最常用、技术最成熟、也最经济的电解槽，并且易于操作，在目前广泛使用，但缺点是其效率最低。

3、碱性电解槽制氢的特点是：氢氧根离子（OH-）在阴、阳极之间的电场力作用下穿过多孔的横隔膜。

4、碱液电解制氢工作原理是传统隔膜碱液电解法。电解槽内的导电介质为氢氧化钾水溶液，两极室的分隔物为航天电解设备用优质隔膜，与端板合为一体的耐蚀、传质良好的格栅电极等组成电解槽。

三、聚合物薄膜电解槽制氢 聚合物薄膜电解槽制氢（PEM），一些地方也称之为固体聚合物电解质（SPE）水电解制氢。该种原理不需电解液，只需纯水，比碱性电解槽安全，电解槽的效率可以达到85％或以上，但由于在电极处使用铂等贵重金属，薄膜材料也是昂贵的材料，故PEM电解槽目前还难以投人大规模的使用。 聚合物薄膜电解槽制氢的特点是：氢离子（H+）在阴、阳极之间的电场力作用下穿过离子交换膜。

四、1、目前氢氧呼吸机的功效主要用于肿瘤等疾病的辅助治疗；

2、氢氧呼吸机的原理与构造主要有两种，传统碱性AEC制氢和质子膜SPE制氢，对应的是吸氢机制氢结果。

氢气是可再生能源，常温常压下，氢气是一种极易燃烧，无色透明、无臭无味且难溶于水的气体。氢气是世界上已知的密度最小的气体，氢气的密度只有空气的1/14，即氢气在1标准大气压和0℃，氢气的密度为0.089g/L。

一次能源可以进一步分为再生能源和非再生能源两大类型。再生能源包括太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。它们在自然界可以循环再生。是取之不尽，用之不竭的能源，不需要人力参与便会自动再生，是相对于会穷尽的非再生能源的一种能源。

氢气(H2)最早于16世纪初被人工制备，当时使用的方法是将金属置于强酸中。1766–1781年，亨利·卡文迪许发现氢元素，氢气燃烧生成水(2H₂+O₂点燃=2H₂O)，拉瓦锡根据这一性质将该元素命名为“hydrogenium”（“生成水的物质”之意，“hydro”是“水”，“gen”是“生成”，“ium”是元素通用后缀）。19世纪50年代英国医生合信(B.Hobson）编写《博物新编》(1855 年）时，把“hydrogen”翻译为“轻气”，意为最轻气体。

工业上一般从天然气或水煤气制氢气，而不采用高耗能的电解水的方法。制得的氢气大量用于石化行业的裂化反应和生产氨气。氢气分子可以进入许多金属的晶格中，造成“氢脆”现象，使得氢气的存储罐和管道需要使用特殊材料（如蒙耐尔合金），设计也更加复杂。

那么有没有电动 汽车 的替代方案呢？丰田用氢燃料 汽车 给出了答案。

早在1992年，丰田就开始氢燃料电池 汽车 的研究，直到20年后的2014年，丰田20年磨一剑的氢燃料电池 汽车 第一代“Mirai”在日本全球首发。“Mirai”寓意未来的意思，这表明丰田认为这款车才是代表未来的车型。这款车在全球共售出了1万台。

去年，丰田又推出了第二代的Mirai，这款车与雷克萨斯LS同平台打造，但价格却比LS便宜的多，动力方面可以输出134kW（182PS）的最大功率和300N·m的峰值扭矩，最高时速更是达到了175km/h。这款车分为两种续航版本，高续航版本可以实现充氢三分钟，续航850KM。此外，这款车还可以连接家庭电器输出最高9000W的电源输出，简单来说可以负载2-3台空调。

Mirai目前已经在美国和日本上市，关于氢能源 汽车 ，网络上有很多的质疑和误解，今天我们就来通过丰田Mirai这款车，聊聊氢燃料 汽车 到底是不是未来。

第二代Mirai率先在日本本土和美国地区上市，未来将会全球发售，很多人关心氢燃料 汽车 的价格，第二代的Mirai其实官方售价比较高，在日本是710-805万日元（折合人民币44.5-50.5万元），但是日本政府给这款车提供环保车减税、环保绩效折扣、绿化补贴和CEV补贴，加起来补贴后的价格是36.05-42.06万，在美国的售价为4.95-6.60万美元（折合人民币32.3-43.1万元）。很多人觉得价格依然偏高，但是要知道这款车是和雷克萨斯LS同平台打造的，这款车长宽高分别为4975/1885/1470毫米，轴距2920毫米，是一款中大型车，其售价比雷克萨斯LS还是要低一点。而且从外观内饰来看，Mirai是一款豪华感比较强的车型。

另外，在美国你也可以选择租用这辆车，入门车型月租价格为499美元（3260元）起。并且，购车和租车的用户都可以获得六年免费氢气燃料或1.5万美元（9.8万元）现金补贴。如果你选择现金补贴，相当于以22,5万元的裸车价格买到这样一款中大型的氢燃料 汽车 ，这个价格可以说是相当良心了。

那么很多人就要问了，我买了这款车到哪去加氢呢？其实在日本的全境，和美国的西海岸，加氢都是比较方便的。日本本土有超过133座加氢站，全国各个主要大城市都有，数量位居全球第一，而美国有87座加氢站，而截至今年11月，中国共建有加氢站104座，超越德国，位居全球第二。按照《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》预测，2025年中国将建成200座加氢站，2050年，加氢站数量将超过1万座。

氢燃料 汽车 使用成本高不高呢？丰田Mirai有三个储氢罐，一共可装载5.6kg氢气，根据最新的数据，日本的氢燃料目前每千克的售价是71元人民币，每公里的成本大约是0.46元，基本上和国内的汽油车差不多了。而且比日本的汽油车使用起来要便宜点，因为日本的汽油价格目前高达130.8日元，相当于8.2元人民币，比国内的油价贵了差不多50%，在日本开氢燃料 汽车 ，是比开汽油车更便宜的。

另外，丰田对于美国的Mirai提供三年免费保养，和10年24万公里的免费保修，对日本国内的Mirai提供5年10万公里的免费保修，非常类似于雷克萨斯，从使用成本来说，在日本开Mirai要比燃油车更划算。

氢气的安全性问题，也是一个争议非常大的问题，很多人说氢燃料 汽车 就是小型氢弹，还有人说氢气不稳定非常容易爆炸，其实都是反智言论而已。氢弹要是这么简单，为什么印度至今还在苦苦研究？

实际上，如果在开阔地带，氢气要比汽油更安全，第一点是因为Mirai上的氢气都是储存在由碳纤维和凯夫拉材质制成的储氢罐里，这种储氢罐可以抵挡手枪的子弹，里面的氢气很难外泄。第二点是这款车有着比较完善的安全措施，车辆着火的情况下，有止逆阀式的易熔塞泄压阀会迅速排出氢气。第三点是氢气的密度低 逸散速度更快，不会沉积，不易形成可爆炸的气雾，一旦泄露马上会上升，只要通风良好，一般不会爆炸。且其泄露能量和爆炸当量较低，氢气的爆炸能量是常见燃气中最低的，仅为汽油气的1/22。

日本曾有实验室进行过一次“着火”实验，测试了汽油车在漏油和氢燃料电池车在漏气的情况下的安全性，汽油车很快就猛烈燃烧，而氢气则是在车顶上方燃烧，不会烧到车辆，而且一分半钟以后，火焰就熄灭了，足以可见氢气的安全性。

丰田的氢燃料 汽车 已经在美国上市，要知道美国人是最惜命的，别克GL8禁售、大众在美国根本不敢减配，如果安全性很差，Mirai有可能获得上市许可吗？

那么这些氢气从哪里来呢？是不是要花费电能制氢，再把氢气转化为电能，是不是脱裤子放屁多此一举呢？其实氢气的来源有很多种。

第一种是工业副产品，我国炼焦企业、钢铁厂和氯碱工业每年都会副产数百万吨氢气。第二种是可再生能源制氢，比如说用太阳能、风电、水电制氢，因为低谷期的电能是用不完的，如果不用也是白白流失了，不如用来制氢把这些能量保存下来。第三是利用化学能源制氢，比如说煤和天然气裂解制氢，这种制氢方式的成本并不高。

目前在研发氢燃料 汽车 的只有丰田、本田、现代以及宝马，为什么其他车企不跟进呢？

原本就是这玩意研发太难了，丰田搞了20年，才能做出如今的Mirai，研发氢燃料 汽车 相当于换了一个赛道，之前在燃油车和电动车上的技术积累基本上成为了废纸，对于很多车企来说一是资金成本太高，二是大企业往往就是转身较慢。

而日本则非常有忧患意识，因为日本90%的石油需求依赖进口，在这样的情况下，发展新能源成为了必然，而日本四面环海，最不缺的就是水资源。也就是在这样的情况下，日本在近30年前就开始了氢燃料 汽车 的研究。

目前，组织氢燃料 汽车 普及最大的障碍，其实不是安全、不是制氢成本、也不是使用成本，而是氢气的运输和存储，这才是氢燃料未能大规模普及的最重要的原因。

目前主要是高压气罐、液态罐以及固体罐三种方式运输氢气，但是这种方式要么运输的数量有限，要么运输成本比较高，都难以大规模普及，因此日本的加氢站很多都是采取现场制氢、储氢，不存在运输过程。但是这样做也会存在建造加氢站成本过高的问题，建造一座于200公斤的加氢站往往成本都在1000万元以上。

但是一旦氢气的储存和运输问题解决，氢气的发展将会顺利的多，至于氢气的制取成本和氢燃料 汽车 的制造成本，都会因为规模化而不断降低。根据预测，到2025年，氢气售价要降低到28元/kg。

而很多人担心的，氢气需要使用贵金属铂作为催化剂的问题，目前铂金催化剂发展趋势是低铂和无铂路线，本田的Clarity单车催化剂所需的铂已经降至10g左右，未来氢燃料 汽车 将只需要3-8克的铂，和柴油车尾气净化催化剂的使用量相当。

尽管目前，氢燃料 汽车 依然存在制造成本较高、加氢站较少等这样那样的问题，但是氢燃料 汽车 无疑将会为我们提供一种替代方案，相比将全部的鸡蛋都放在电动 汽车 的篮子里要强得多，并且，氢燃料技术一旦突破，其发展潜力要远高于电动 汽车 。未来的一段时间，电动 汽车 和氢燃料 汽车 将会处于互补状态，电动 汽车 用在乘用车，燃料电池用于商用车。

我国目前也在悄然布局氢燃料电池领域，按照《中国氢能源及燃料电池产业白皮书》和《“十三五”国家 科技 创新规划》，2030年，我国要建成1000座加氢站，燃料电池车辆保有量要达到200万辆，2050年，要建成超过1万座加氢站，氢能和电能究竟谁才是属于未来的能源，不出20年便能见分晓，我们不妨拭目以待。

制氢技术有：

1. 化石燃料制氢

化石燃料制氢是一种传统的制氢方法，也是一种古老的制氢过程。然而，它仍然依赖化石燃料，并将排放二氧化碳等温室气体。通常用于制氢的化石燃料是天然气。我国的天然气极度缺乏，原料利用率低，制作工艺复杂，难度大。天然气制氢建设地点也很受天然气供应的影响。

2. 甲醇重整制氢法

甲醇蒸汽重整制氢法是20世纪80年代国外发展起来的一种制氢技术，其投资低，建成快，无排放无污染，原料可获得性高。至今为止国内外的制氢工艺非常成熟，高度集成的技术和燃料电池发电技术，在新能源汽车、通信站等领域成功应用，应用前景非常好。

3. 工业副产品制氢

焦炉煤气是采用变压吸附工艺制氢的工艺，从焦化工业副产物焦炉煤气中提取纯氢气，其基本原理是利用固体吸附剂对气体进行选择性吸附，并且气体吸附在吸附剂上随分压的降低而降低气体混合分离和吸附剂再生的特性，达到净化制氢的目的。

4. 电解水制氢

传统的电解水也可以获得氢气，国内外利用电解水制氢的技术相对成熟，效率高，制氢过程简单。但这种方法由于成本高，除已建成的装置外，新装置很少。

氢气的作用：

1、在石化工业中，需加氢通过去硫和氢化裂解来提炼原油。

2、氢的另一个重要的用途是对人造黄油、食用油、洗发精、润滑剂、家庭清洁剂及其它产品中的脂肪氢化。

3、在玻璃制造的高温加工过程及电子微芯片的制造中，在氮气保护气中加入氢以去除残余的氧。

4、用作合成氨、合成甲醇、合成盐酸的原料，冶金用还原剂。

5、由于氢的高燃料性，航天工业使用液氢作为燃料。