氢能利用形式都有什么

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。

1、蒸汽甲烷重整

蒸汽甲烷重整(SMR)是一种从主要是甲烷的天然气中生产氢气的方法。它是目前最便宜的工业氢气来源。世界上近50%的氢气是通过这种方法生产的。该过程包括在蒸汽和镍催化剂存在下将气体加热到700–1100°C之间。

产生的吸热反应分解甲烷分子并形成一氧化碳CO和氢气H2。然后一氧化碳气体可以与蒸汽一起通过氧化铁或其他氧化物并进行水煤气变换反应以获得更多量的H2.这个过程的缺点是它的副产品是CO2、CO和其他温室气体的主要大气释放。

根据原料（天然气、富气、石脑油等）的质量，生产一吨氢气还会产生9至12吨CO2，这是一种可能被捕获的温室气体。

根据原料（天然气、富气、石脑油等）的质量，生产一吨氢气还会产生9至12吨CO2，这是一种可能被捕获的温室气体。

2、甲烷热解

说明甲烷热解的输入和输出，这是一种生产氢气且无温室气体的高效一步法

甲烷的热解是从天然气中生产氢气的过程。通过流过“气泡塔”中的熔融金属催化剂，氢气分离在一个步骤中进行。这是一种“无温室气体”方法，用于测量潜在的低成本氢气生产，以衡量其扩大规模和大规模运营的能力。 该过程在更高的温度（1065°C或1950°F）下进行。

3、电解

电解包括使用电将水分解成氢气和氧气。水的电解效率为70-80%（转化损失为20-30%） ，而天然气的蒸汽重整的热效率在70-85%之间。 电解的电效率预计将在2030年之前达到82-86% ，同时随着该领域的进展继续加快，同时也保持耐用性。

水电解可以在50–80°C之间运行，而蒸汽甲烷重整需要700–1100°C之间的温度。 两种方法的区别在于使用的一次能源；电力（用于电解）或天然气（用于蒸汽甲烷重整）。

环境影响

截至2020年，大部分氢气由化石燃料生产，导致二氧化碳排放。当排放物释放到大气中时，这通常被称为灰氢，当通过碳捕获和储存(CCS)捕获排放物时，这通常被称为蓝氢。

假设美国上游和中游的甲烷泄漏率和生产通过蒸汽甲烷重整器(SMR)改装了二氧化碳捕获装置。使用具有二氧化碳捕获功能的自热重整器(ATR)可以在令人满意的能源效率下实现更高的捕获率，并且生命周期评估表明，与具有二氧化碳捕获功能的SMR相比，此类工厂的温室气体排放量更低。

经评估，在欧洲应用ATR技术与二氧化碳的综合捕获相比，其温室气体排放量低于燃烧天然气，例如，H21项目报告称，由于二氧化碳强度降低了68%，因此温室气体排放量减少了68%。天然气与更适合捕获二氧化碳的反应器类型相结合。

使用较新的无污染技术甲烷热解生产的氢气通常被称为绿松石氢气。高质量的氢气直接由天然气生产，相关的无污染固体碳不会释放到大气中，然后可以出售用于工业用途或储存在垃圾填埋场。

由可再生能源生产的氢气通常被称为绿色氢气。有两种从可再生能源生产氢气的实用方法。一种是电制气，其中电力用于电解水制氢，另一种是利用垃圾填埋气在蒸汽重整器中制氢。当由风能或太阳能等可再生能源生产时，氢燃料是一种可再生燃料。

通过电解由核能产生的氢有时被视为绿色氢的一个子集，但也可以称为粉红色氢。奥斯卡港核电站于2022年1月达成协议，以每天公斤的数量级供应商业粉红色氢气。

可再生能源是指在自然界中可以不断再生、永续利用的能源，具有取之不尽，用之不竭的特点，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。可再生能源对环境无害或危害极小，而且资源分布广泛，适宜就地开发利用。相对于可能穷尽的化石能源来说，可再生能源在自然界中可以循环再生。

氢能源是一种二次能源，它是通过一定的技术利用其它能源而制取的，不像煤、石油和天然气等可以直接从地下开采、几乎完全依靠化石燃料。但是由于目前所用的煤、石油、天然气等能源属于不可再生能源，地球的存量是有限的，而人类又时刻离不开能源，随着世界经济的发展，石化燃料的耗量也随之日益增加，促使其储量也日益减少，终有一天这些资源就会枯竭，因此开发更多的新能源已迫在眉睫，人们迫切需要寻找一种不依赖化石燃料、储量丰富的新型含能体能源。

如何利用太阳能生成“氢”，是世界各国都想知道的答案。科学家们指出，发展氢能源，将为建立一个美好、环保的新世界迈出重要一步。

在大自然中，氢的分布非常广泛。其中水中含有11%的氢，可谓是氢的大“仓库”。氢的主体是以化合物水的形式存在的，而地球表面约有70%的水，储水量很大，因此可以说，氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法把氢从水中制取出来，那么氢也将是一种价格相当低廉的能源，会被人们广泛利用。

经试验表明，在燃烧同等重量的煤、汽油和氢气的情况下，从产生的能量上看氢气产生的能量最多，而且它燃烧之后的产物只有水，不会产生灰渣和废气，不会污染环境；而煤和石油燃烧会生成二氧化碳和二氧化硫，它们会分别产生温室效应和酸雨。地球上煤和石油的储量是有限的，而氢主要存在于水中，燃烧后剩下的唯一产物也是水，还可以源源不断地产生氢气，永远都不会用完，因此，在众多的新能源中，氢能是21世纪最理想的能源。

氢是一种无色无味的气体，每一克氢燃烧后能释放出142千焦尔的热量，是一克汽油发热量的3倍。氢的重量非常轻，它比天然气、汽油、煤油的重量都轻，因而其携带和运送都很方便，也是用于航天、航空等高速飞行交通工具最合适的燃料。氢在氧气里可以燃烧，其火焰的温度可高达2500℃，因而人们也常用氢气焊接或者切割钢铁等材料。

氢的用途很广泛，适用性也很强。它不仅可以用作燃料，而且金属氢化物还具有化学能、机械能和热能相互转换的功能。氢作为气体燃料，首先被应用在了汽车上。世界一些国家很早就制造出了以液态氢为燃料的汽车。用氢作为汽车燃料，不仅环保，在低温下可以很容易就能发动，而且对发动机的腐蚀也很小，可以延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气可以均匀的混合，完全可以省去一般汽车上所用的汽化器装置，从而使现有的汽车构造更加简单、节约原材料。此外更令人惊讶的是，只要在汽油中加入4%的氢气，用它作为汽车发动机的燃料，就可以节油40%，降低了汽车的耗油量，而且还不需要对汽油发动机作很大的改进。

另外，使用氢燃料的电池还可以把氢能直接转化成电能，从而使人们能更方便的使用氢能。迄今为止，这种燃料电池已经被使用在了宇宙飞船和潜水艇上，其效果很不错。但是，由于其成本较高，短时间内还难以被普遍使用。

氢气在一定的温度和压力下很容易转变成液体，因而用铁罐车、轮船运输或者公路拖车运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、火车、飞机等交通工具的燃料，也可用作火箭、导弹等航空工具的燃料。

现在世界上使用的氢绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就对本来就很紧缺的矿物燃料造成的进一步的威胁，影响了人们生产的长远利益；而少量的氢是通过电解水的方法制取的，但因此消耗了很多的电能，从经济利益上看很不划算，那么人们通过什么办法才能制取大量的、廉价的氢能呢？

随着人们对太阳能的研究和利用的不断发展，人们已开始准备利用阳光来分解水来制取氢气。根据科学家的研究，除了从水中制取氢以外，还可以利用微生物产生氢气。

时至今日，氢能源的制取和利用已经成为了新能源的发展趋势，氢能源不仅能人们带来取之不尽用之不竭的能量，还可以使人们的环境更环保，因此，我们要不断努力，探求更多更好的方法来摄取和利用氢能源。