1、課 程 結(jié) 業(yè) 論 文題 目： 氫氣發(fā)動機的發(fā)展和現(xiàn)狀 學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號： 專業(yè)班級： 課程名稱： 現(xiàn)代汽車新技術(shù)概論 所屬院部： 指導(dǎo)教師： 20132014學(xué)年 第 1 學(xué)期目錄第一章 緒論1 1.1氫氣發(fā)動機的歷史1 1.2 氫動力汽車的現(xiàn)狀2 1.3氫動力汽車的研究發(fā)展方向3 1.4發(fā)展氫動力汽車的必要性 3第二章 氫氣能源性質(zhì)4 2.1 氫的特征4 2.2氫氣與傳統(tǒng)燃料的性質(zhì)對比5 2.3 氫能的開發(fā)和利用6 2.3.1 氫能的開發(fā)6 2.3.2氫能的應(yīng)用8第三章 氫氣的存儲10 3.1高壓氣瓶儲氫10 3.2液氫儲氫11 3.3金屬氫化物儲氫11 3.4 漿液儲氫技術(shù)12第四章

2、 氫氣發(fā)動機的發(fā)展前景13現(xiàn)代汽車新技術(shù)概論氫氣發(fā)動機的發(fā)展和現(xiàn)狀第一章 緒論1.1氫氣發(fā)動機的歷史隨著“汽車社會”的逐漸形成，汽車保有量不斷地上升，而石油等資源卻捉襟見肘，同時，消耗大量汽油的車輛不斷排放有害氣體和污染物質(zhì)，對環(huán)境造成嚴(yán)重的危害。這一問題的解決之道當(dāng)然不是限制汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而是開發(fā)替代石油的新能源氫能。 氫作為內(nèi)燃機的燃料并是人類最近的發(fā)明。在內(nèi)燃機中使用氫氣已有相當(dāng)長的歷史。 人類歷史上第一款氫氣內(nèi)燃機的歷史可以上溯到 1807 年，瑞士人伊薩克·代·李瓦茨制成了單缸氫氣內(nèi)燃機。他把氫氣充進氣缸，氫氣在氣缸內(nèi)燃燒，最終推動活塞往復(fù)運動。該項發(fā)明在 18

3、07 年 1 月 30 日獲得法國專利，這是第一個關(guān)于汽車產(chǎn)品的專利。但由于受當(dāng)時的技術(shù)水平所限，制造和使用氫氣遠(yuǎn)比使用蒸汽和汽油等資源復(fù)雜，氫氣內(nèi)燃機于是被蒸汽機、柴油機以及汽油機“淹沒”。 早在十九世紀(jì)中期，人們就開始對使用氫氣作為內(nèi)燃機燃料產(chǎn)生了興趣。1841 年英國頒發(fā)了第一個用氫氣和氧氣的混合氣體工作的內(nèi)燃機專利證。1852 年，慕尼黑的宮廷鐘表技師制成一臺用氫氣-空氣混合氣體工作的內(nèi)燃機。 在氫內(nèi)燃機的歷史上，德國一直占有很重要的地位。德國的 Rudolph Erren 嘗試在氫內(nèi)燃機中采用內(nèi)部混氣的方式。在他的研究工作中，穿過內(nèi)燃機的冷水套的管道，氫氣被一些小噴嘴直接噴入氣缸內(nèi)進

4、行混合。氫噴入的質(zhì)量和時間由燃料分配器控制，這種方案可以用任何燃料或是采用雙燃料的方式讓發(fā)動機工作。他還提出氫氧內(nèi)燃機構(gòu)想，并據(jù)此設(shè)計了實驗，用到潛艇上。德國的奔馳公司開發(fā)組建的氫動力車隊是世界首個用氫氣作為內(nèi)燃機燃料的車隊，該車隊在柏林已經(jīng)試運行多年。氫氣輸送管道，加氫站也是最先在德國興建的。現(xiàn)在，空中客車公司德國分部，奔馳航空公司也都正在努力開發(fā)裝備氫動力內(nèi)燃機的空中飛機。德國的其他汽車公司如寶馬等都在大力發(fā)展氫動力汽車。1.2 氫動力汽車的現(xiàn)狀日本自 1984 年實施“陽光計劃”，投入示范運行氫動力車，僅日本武藏工業(yè)大學(xué)就有多達(dá)九輛的氫動力車投入試驗，且型號各不相同；日本各大汽車公司，如

5、馬自達(dá)，本田等，也都在積極加入氫動力車行列；馬自達(dá)公司推出了第一款氫動力概念車 HR-X，金屬氫化物儲氫罐儲氫，使用轉(zhuǎn)子發(fā)動機，精確的實時控制系統(tǒng)是該車的三大特點，公司隨后對該車型進行了改進，新款的 HR-X2 氫動力車功率可達(dá)到 98kw，該公司同時還對其他車型進行氫動力改裝和氫能燃料電池的開發(fā)。美國雖然涉足較晚，但其對氫動力車的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，是氫燃料界的后起之輩。首先，美國加州出臺了“汽車零排放”標(biāo)準(zhǔn)，它規(guī)定：1998 年和 2003 年，銷售的汽車中必須有 1%和 10%的“零排放”汽車，其中包括氫燃料汽車，其他各州也制定了相應(yīng)的規(guī)定，保證替代能源計劃的實施，這些法規(guī)的制定對氫

6、動力車行業(yè)的發(fā)展起到很大的作用，使得氫動力車再次進入人們的視線。其次，美國科研機構(gòu)及個人的研究成果與廣泛參與也推動氫動力車的發(fā)展。2003 年，歐盟公布了氫能發(fā)展構(gòu)想的報告和行動計劃，該計劃將獲得高達(dá) 20 億美元的投資，計劃到 2030 年使氫燃料汽車的比例達(dá)到 15%，而到 2040 年底該比例至少翻一番，并創(chuàng)立歐洲氫燃料電池組織。而“歐洲清潔城市運輸項目計劃”(CUTE)將投資 1850 萬歐元，在歐洲進行廣泛的氫燃料電池公共汽車試驗，共有 9 個國家，13 坐城市，40 家企業(yè)，31 輛燃料電池公共汽車參加該項目。加拿大政府提出 “氫能早期采用者計劃”，將投入 2.15 億加元，用于發(fā)

7、展新觀念，包括氫動力高速公路的投資建設(shè)。政府出資 2300 萬加元宣傳推廣燃料電池車。此外還有“加拿大氫能燃料電池伙伴”、“溫哥華燃料電池案”以及“燃料電池輸送復(fù)合項目”等項目。同時，巴拉德公司鼓勵投資加拿大政府興建世界第一條氫能公路。在公路上設(shè)置 7 個制氫點，使用其制取的氫氣，以推動車用氫燃料電池更廣泛的運用，而這些都只是加拿大氫能長期發(fā)展計劃中的一部分。 韓國雖然對氫燃料技術(shù)的研究比美、日等國家落后四、五年，但其也公布了以氫能為基礎(chǔ)的經(jīng)濟能源政策，期望到 2020 年，使交通對原油的依賴減少 20%，該政策將陸續(xù)投資達(dá)8.43 億美元。目前，所有的汽車巨頭都在開發(fā)替代能源汽車。電力曾經(jīng)被

8、認(rèn)為是未來汽車的動力，但蓄電池漫長的充電時間和龐大的重量漸漸使得人們對它失去了興趣。而目前使用電與油混合動力車只能暫時地緩解能源危機，只能減少但無法擺脫對石油的依賴。這個時候，氫動力汽車的出現(xiàn)，給人們帶來無限的希望和憧憬。 美國通用汽車公司通過甲醇燃料電池，采用甲醇經(jīng)過重整產(chǎn)生氫氣作為燃料。燃料電池的輸出功率 45 至 69kW，起動時間約 30 秒，續(xù)航大約為五千小時或六萬公里。美國能源部與福特汽車公司共同投資 1500 萬美元用于開發(fā)燃料電池，目的為從汽油中制取氫燃料，其燃燒效率較汽油燃機高出近一倍。圖1 通用汽車的氫燃料電池車克萊斯勒汽車公司開發(fā)了在轎車上使用的燃料電池，該燃料電池采用汽

9、油重整處理產(chǎn)生的氫氣作為燃料。燃料電池的功率約為 50kW，起動時間約為 30s，過渡時間 7s，續(xù)航能力5000h 或 160 萬 km。其連續(xù)行駛里程由汽油的儲備量決定，能夠達(dá)到與汽油發(fā)動機汽車相似的效果，該型汽車裝有燃料處理系統(tǒng)、氧化處理系統(tǒng)（POX）、燃料電池、汽油箱和電子控制系統(tǒng)，燃料處理系統(tǒng)包括燃燒器、汽化器。寶馬汽車公司旗下的 BMW 也推出了 H2R 氫能試驗賽車，“車速世界紀(jì)錄保持者氫燃料賽車”。2004 年 9 月，H2R 氫能賽車在一天之內(nèi)連續(xù)創(chuàng)造了 9 項世界紀(jì)錄，讓人們見識了氫燃料電池車的巨大魅力和潛力，同時也表明 BMW 集團對氫燃料取代傳統(tǒng)燃料這一汽車領(lǐng)域發(fā)展方向

10、的堅定信念。同時，寶馬公司并計劃在 2005 年大規(guī)模生產(chǎn)氫燃料以供氫燃料汽車使用，為此已投入 10 億歐元，并且準(zhǔn)備繼續(xù)追加 10 億歐元。1.3氫動力汽車的研究發(fā)展方向氫動力車有燃?xì)淦嚭腿剂想姵剀噧煞N。氫燃料電池車可完全去除氮氧化物的排放，而效率高達(dá)常規(guī)汽車的 3 倍，使用壽命較常規(guī)汽車多出 50%，隨車貯存也較為方便。同時因其運動部件較少，維護費用也較低。 這種模式包括兩種方式。第一種是直接使用氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能，其代表產(chǎn)品是美國通用公司的“氫動 1 號”。它的設(shè)備主要包括燃料電池堆、液儲氫罐、電子驅(qū)動裝置、壓縮機等。 另一種方式的燃料電池車不直接攜帶氫氣，而是攜帶能夠通過重整制造

11、出氫氣的物質(zhì)，先通過碳?xì)浠衔锘瘜W(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，再通過氫氣和氧氣反應(yīng)產(chǎn)生電能。法國在電動汽車上運用“遠(yuǎn)程”型號燃料電池，以低溫存儲的氫作為電池燃料，所產(chǎn)生的功率可達(dá)到 30kW,工作電壓達(dá) 90V。這種電動汽車裝有的蓄電池，可以為電動汽車在起動加速時提供所需的過載電流。 目前 PEM 燃料電池具有高效、快速啟動、低溫度啟動、低成本等優(yōu)點，因此備受世人注目。在第 11 屆世界氫能大會上，奔馳公司推出一款 PEM 氫燃料電池電動汽車，該車可在 20秒內(nèi)由靜止加速到 48km/h，可冷啟動，5kg 氫氣即可供車行駛 250km，效率高達(dá) 60-65%，引起人們的強烈興趣。 另一種運用方式為燃?xì)淦嚕?/p>

12、此方法即以氫氣內(nèi)燃機替代汽油機，安裝在汽車上。涉及到的氫內(nèi)燃機燃燒機理，供氫和氫氣噴射過程的控制，氫內(nèi)燃機的設(shè)計，氫的隨車貯存制取技術(shù)等都需要進一步深入的研究。針對燃?xì)鋬?nèi)燃機的效率，上海交通大學(xué)動力裝置研究所做了詳細(xì)的模擬計算。該內(nèi)燃機的模擬計算是以汽油內(nèi)燃機改裝的氫內(nèi)燃機為原型進行的。氫內(nèi)燃機的結(jié)構(gòu)參數(shù)仍采用原汽油機的參數(shù)，二者在相同的工況下進行數(shù)學(xué)模擬計算。1.4發(fā)展氫動力汽車的必要性汽車的大量使用，使得能源短缺和污染陷入了惡性循環(huán)。一方面，機動車消耗了大量的石油和天然氣資源；另一方面，汽車尾氣排放成為環(huán)境的重要污染源，酸雨、溫室效應(yīng)都與尾氣排放污染有重要關(guān)系。在美國，空氣中 66的一氧化

13、碳排放物來自內(nèi)燃機，其它排放物如NOx、Pb、CO2、有害塵埃及揮發(fā)性有機化合物等占有比率也很高。汽油內(nèi)燃機排放產(chǎn)物對人體和環(huán)境將帶來嚴(yán)重的影響。一氧化碳是不完全燃燒的產(chǎn)物，它是一種無色、無刺激、無味的氣體。吸入人體后，與血液中的血紅素結(jié)合，其親和力比氧氣大 210 倍，將快速形成碳氧血色素，使血液喪失輸氧能力，致使人體缺氧，引起頭痛、頭暈、嘔吐等中毒癥狀，嚴(yán)重時還將造成死亡。碳?xì)浠衔镏饕前l(fā)動機廢氣中的未燃燃料、裂解反應(yīng)的中間產(chǎn)物，成分復(fù)雜多樣。具有強烈刺激性氣味，在動物身上以證明具有致癌作用。氮氧化物是在燃燒室內(nèi)的高溫燃燒過程中產(chǎn)生的，空氣中的氮氣經(jīng)過氧化首先生成一氧化氮，然后與大氣中的

14、氧相遇生成二氧化氮。氮氧化物進入肺，將形成亞硝酸和硝酸，對肺組織產(chǎn)生刺激作用，引起肺炎、肺水腫等。如果吸入高濃度的氮氧化物后甚至?xí)怪袠猩窠?jīng)癱瘓。碳?xì)浠衔镞€將產(chǎn)生光化學(xué)煙霧。20 世紀(jì) 40 年代以來，光化學(xué)煙霧事件在美國洛杉磯、日本東京等城市曾多次發(fā)生，造成巨大的人員傷亡，帶來龐大的經(jīng)濟損失。面對這些嚴(yán)峻殘酷的現(xiàn)實，無污染的新能源汽車的發(fā)展不可避免地被提上了各國政府的議事日程。目前所使用的可再生能源如水力、太陽能、生物質(zhì)能和風(fēng)能等，這些能源具有一些缺點，如這些能源在儲存和長距離運輸上存在不便。這些存在的困難，使對其的利用帶有局限性，因此極度需要一種能作為轉(zhuǎn)換載體的能源。氫能，作為這種載體，

15、一種二次能源，可以得到很大程度的依賴，以解決連接和轉(zhuǎn)換過程中的不便。氫氣資源可以產(chǎn)生于多種途徑，如無窮盡的海水、可再生植物、煤炭、天然氣等，在地球上可謂無處不在，是一種取之不盡，用之不竭的新能源。氫能可以為整個能源體系的運行做出貢獻。氫能作為清潔、無污染的主要能源，對改善能源結(jié)構(gòu)、改善大氣環(huán)境、控制溫室氣體，降低污染都具有十分重要的作用。同時，不可再生化石燃料資源的巨大消耗是另一個不可忽視的問題。最新的資料表明，世界范圍可開采石油儲量的可靠供應(yīng)期只有20 年，而世界范圍內(nèi)的能源消耗沒有稍減反而在逐年上升。而中國是一個人口大國，也是一個能源消費大國，汽車每年約消耗我國汽油總產(chǎn)量的 85%，柴油總

16、產(chǎn)量的 20%，資料顯示，預(yù)計到 2020 年，汽車對燃油需求將達(dá)到 2.5 億噸，為 2020 年全國石油總需求的 60%，換句話說，到那時僅汽車一項就將要消耗超過一半的我國自產(chǎn)、進口石油。如此巨大的能源缺口直接關(guān)系到能源安全，國家安全。為解決這一問題，從長遠(yuǎn)來看應(yīng)考慮氫能的作用。而各國正在或準(zhǔn)備花費巨資用于氫能汽車的研發(fā)制造上,這也是人類社會繼續(xù)發(fā)展的必然要求。第二章 氫氣能源性質(zhì) 2.1 氫的特征氫能是一種可以再生的永久性的能源。它可以用各種一次性能源,特別是核能和太陽能將水直接分解來獲得。氫燃燒后產(chǎn)生的水蒸氣又可以重新恢復(fù)為水,這種水一氫/氫一水之間的永久性循環(huán),使氫成為最理想的能源。

17、氫是一種清潔的新能源。氫和氧燃燒時生成清潔和無污染的水。由于氫中不含C、S及其他有害雜質(zhì),因此它在空氣中燃燒時不會產(chǎn)生COx、HC、SOX、和致癌物質(zhì),它燃燒后產(chǎn)生唯一的有害物為NOx,由于抑制單一有害物要比抑制多種成因復(fù)雜的有害物容易得多,更何況氫燃料內(nèi)燃機的單機NO、排放量要比傳統(tǒng)石油燃料的單機排放量低得多2.2氫氣與傳統(tǒng)燃料的性質(zhì)對比氫氣與天然氣、汽油等相比,單位質(zhì)量的能量密度高,可燃界限寬,燃燒速度快,是一種良好的車用燃料。表1比較了氫氣與天然氣、汽油在燃燒特性方面的差異表1 氫氣、天然氣和汽油在燃燒特性方面的比較特性氫氣天然氣汽油低熱值/kj.g -11205044.5L理論空燃比質(zhì)

18、量比34.3817.2514.7體積比2.389.528.586自然溫度/585540228501火焰溫度/204518752200辛烷值（RON）1301258090常溫常壓下火焰粹冷距離/cm0.0640.2030.2在空氣中的燃燒濃度范圍/%4755.3151.37.6常溫常壓下的氣體濃度/kg.m-10.0820.654.6最小點火能量/µJ20290240混合氣熱值/MJ·m-33.1843.393.733.83火焰?zhèn)鞑ニ俣?m·s-129134373847在空氣中的擴散系數(shù)/m2·s-10.610.160.05（1）氫氣的單位質(zhì)量低熱值高 約

19、是汽油低熱值的2.7倍,但氫氣與空氣的理論混合氣標(biāo)態(tài)熱值只有3.186MJ/m3,大約低于汽油18%。（2）可燃混合氣濃度范圍很大 氫氣發(fā)動機易于實現(xiàn)稀薄燃燒,提高經(jīng)濟性,同時可以降低最高燃燒溫度,大幅度地減少NO、的排放量。（3）自燃溫度較高 氫的自燃溫度較天然氣和汽油都要高,利于提高壓縮比,提高氫燃料內(nèi)燃機的熱效率。這一特性也決定了氫氣發(fā)動機難以像柴油機那樣采用壓燃點火,而適宜于火花塞點火。（4）點火能量很低 盡管氫燃料的自燃點比天然氣、汽油等燃料都要高,但它所需要的點火能量卻很低,最小可以低到0.OZmJ。因此,氫燃料內(nèi)燃機工作時幾乎從不失火,并具有良好的啟動性。（5）燃燒速度快 氫的燃

20、燒反應(yīng)按鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機理進行,火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?2.91m/s),是汽油的7.72倍，在發(fā)動機中燃燒時抗爆性比汽油好,可以采用較高的壓縮比,因此熱效率比燃燒純汽油時高。（6）氫氣在空氣中的擴散系數(shù)很大 氫氣的擴散系數(shù)是汽油的12倍,因此氫氣比汽油更容易和空氣混合形成均勻的混合氣。但是,高的擴散系數(shù)對防止泄露不利。由于氫氣的分子極小,滲透性很強。由此引起的金屬表面脆性和存儲時的緩慢滲漏也是氫燃料應(yīng)用中的一個十分棘手的問題。（7）氫氣密度很低 常溫常壓下,氫氣的密度只有天然氣的1/8。對于車用燃料來講,當(dāng)車輛的續(xù)駛里程一定時,氫氣所需的儲氣罐就要比其它燃料的大得多。（8）有害排放物少 氫氣燃燒的主要產(chǎn)物

21、是水,可以循環(huán)利用。不產(chǎn)生CO及HC,但產(chǎn)生一定量的NOx。在稀燃狀態(tài)下,NO、的排放量可大大降低。同時氫氣火焰的淬冷距離比汽油小,因此靠近缸壁激冷層的可燃混合氣燃燒得更完全。抑制單一有害物要比抑制多種成因復(fù)雜的有害物容易得多,這使得氫氣作為發(fā)動機燃料具有獨特的優(yōu)勢。2.3 氫能的開發(fā)和利用2.3.1 氫能的開發(fā)氫氣能否被廣泛使用，制氫工藝是基礎(chǔ)。因為水分子中氫原子和氧原子的結(jié)合非常牢固，要把它們分開，需花費很大的力氣。比方說，單純加熱，必須加熱到二、三千攝氏度的高溫，才能把水分解成氫氣和氧氣。這樣有兩個要求，首先消耗很多的能量，其次還要有相應(yīng)的耐高溫、耐高壓設(shè)備。為了避開這個難點，目前常用的

22、方式主要還是利用天然氣、煤炭和石油產(chǎn)品作為原料制取氫氣。（1）礦物燃料制氫是利用化學(xué)的方法將礦物燃料的氫元素提取出來。煤的焦化，即通過高溫干餾煤的方式生產(chǎn)焦炭，同時過程中產(chǎn)生一種氣體產(chǎn)品煉焦煤氣，從煉焦煤氣可以制得氫氣。這是一種古老的制氫方法，而且氫氣只是一種副產(chǎn)品。水煤氣轉(zhuǎn)化。將水蒸汽通過熾熱的煤層以制得水煤氣， CH2O = COH2- Q 然后混合水煤氣和水蒸汽，以氧化鐵等為催化劑，在 500 到 5500 攝氏度使水煤氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳，同時生成氫氣。COH2O = CO2+H2+Q最后加壓混合氣體，水洗后使二氧化碳溶于水，即分離出氫氣。從天然氣（石油煉制廠的副產(chǎn)氣體）、油田

23、氣等氣體中制取氫氣。原理為把碳?xì)浠衔铮缂淄楦邷叵逻M行裂解，可制取氫氣。CH4= C + 2H2另一種方式，在鎳催化劑存在下，碳?xì)浠衔铮缂淄楹退羝?800 到 9000 攝氏度時發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果產(chǎn)生氫氣和一氧化碳的混合氣體。CH4H2O =CO+3H2.分離二者的方法是：應(yīng)用水煤氣轉(zhuǎn)化法把一氧化碳轉(zhuǎn)成二氧化碳，加壓使二氧化碳溶解于水，獲得氫氣。 碳?xì)浠衔锊糠盅趸ㄖ茪湓硗希瑓^(qū)別不大，碳?xì)浠衔锖退羝诖呋瘎┳饔孟律蓺錃狻⒁谎趸肌⒍趸嫉幕旌蠚怏w，然后通過在混合氣體中加進過量水汽，依靠其他催化劑的作用，生成更多的氫氣和二氧化碳。 這些方法有些共同點，其大多數(shù)需要催化劑并

24、且在高溫下進行；催化劑多數(shù)是鎳的化合物；它們都以碳?xì)浠衔餅樵希瑹o法擺脫對化石燃料的依賴，所以這些制氫方法都稱不上是一種有前途的制氫方法。（2）解水制氫法。在水中放進一點電解質(zhì)如氫氧化鈉、硫酸鉀、硫酸，將其通電，電極上就能釋放出氫氣。使用電解水的方式制得氫氣的純度可達(dá) 99.599.8%。 2H2O =2H2+O2電解法制取氫氣雖然不依賴礦物燃料，但是耗電量很大，每生產(chǎn) 1kg 氫氣需要消耗五、六十度電，成本較高。只有在電力供應(yīng)富足、價格低下的情況下，電解水制氫才有可能成為人們普遍的制氫方法，為大規(guī)模生產(chǎn)氫燃料做出新貢獻。（3）化工過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品氫氣的回收，如氯堿工業(yè)、冶金工業(yè)等。 2N

25、aCl+2H2O=Cl2+2NaOH+H2（4）熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫。該方法的原理為：在反應(yīng)系統(tǒng)中加入中間物質(zhì)，經(jīng)歷幾個不同的反應(yīng)階段，最終將水分解為氫氣和氧氣，且中間物不消耗。這實質(zhì)上是加熱直接分解水的方法，不過并不是僅僅單純依靠加熱把氫、氧分開，而是通過化學(xué)藥品（如二氧化硫、硫酸和硫酸鉍）與水反應(yīng)，分多步驟將水分解從而制得氫氣，形成一個化學(xué)循環(huán)，所以又稱為分步反應(yīng)分解水制氫法。在熱化學(xué)法制氫中，不同的化學(xué)反應(yīng)有不同的化合物如硫、鉍、氯、鎳、鉀、鋰、鈣、溴、汞、鐵、碘、銅等的化合物作為中間反應(yīng)物參加，反應(yīng)溫度大多為八、九百攝氏度，高的也僅有一千度。化學(xué)反應(yīng)結(jié)束，化學(xué)藥品的數(shù)量并沒有減少，可以

26、回收循環(huán)使用，整個過程消耗的只是水，最終將水分解成氫氣和氧氣。 現(xiàn)在，研究者已提出了多種熱化學(xué)分解水制氫的方案，并且正在積極找尋最佳的制氫方案。唯一的問題是，熱化學(xué)法制氫仍舊離不開加熱。如果能把這種方法同核反應(yīng)堆緊密聯(lián)系到一起，利用核反應(yīng)堆的余熱來提供反應(yīng)所需要的能量，同時解決高溫、腐蝕性、投資大等其余限制條件，那么就可以充分推廣這種方式。（5）光化學(xué)制氫法。它是在光照催化劑的作用下，促使水分解制得氫氣的一種方法。目前已經(jīng)有了功能強大的太陽能高溫爐，其溫度可達(dá)四千攝氏度，這樣高的溫度，用于直接加熱分解水或熱化學(xué)循環(huán)法制取氫氣都是可能的。2.3.2氫能的應(yīng)用利用氫氣代替汽油作為汽車發(fā)動機的燃料，

27、已經(jīng)經(jīng)過美國、日本、德國等許多汽車公司的試驗，技術(shù)是可行的。美、德、法等國采用氫化金屬貯氫，而日本則采用液氫燃料組裝的燃料電池汽車進行示范，已進行了上百萬公里的道路運行試驗，汽車的經(jīng)濟性、適應(yīng)性和安全性均較好。美國和加拿大計劃還從加拿大西部到東部的大鐵路上運行使用液氫和液氧為燃料的機車。美國政府宣布將投資 17 億美元把“氫能”作為新一代能源的重點發(fā)展對象。2006 年，布什政府提出，在未來 20 年內(nèi)，美國人將開上氫燃料電池動力汽車，日本的豐田、本田等公司也在研究氫燃料汽車。中國長安汽車也在 2007 年完成了中國第一臺高效零排放氫內(nèi)燃機點火，并于 2008 年北京車展上展出了自主研發(fā)的中國

28、第一輛氫動力概念跑車“氫程”。圖2 氫動力汽車氫能是一種高效的燃料，每公斤的氫燃燒所產(chǎn)生的能量為 33.6 千瓦時，幾乎等于汽油燃燒的 2.8 倍。氫氣不僅熱值高，而且火焰?zhèn)鞑ニ俣妊杆伲c火能量低（容易點著），所以氫能汽車比汽油汽車總的燃料利用效率高 20%。氫氣燃燒生成物是水，同時可能會伴有極少的氮氧化物，絕對不會產(chǎn)生汽油燃燒時產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化碳和二氧化硫等對環(huán)境造成污染的有害成分。因此氫能汽車是最環(huán)保，最理想的交通工具。除了完全使用氫氣替代汽油，現(xiàn)在人們也在積極探索其他的利用方式，例如摻氫。這種汽車的特點是燃用汽油和氫氣的混合燃料，讓混合氣在稀薄的狀態(tài)下工作，以改善發(fā)動機的燃燒狀況。

29、在中國，許多城市交通擁擠，汽車發(fā)動機多數(shù)處于部分負(fù)荷下運行，采用摻氫燃燒方式的汽車將尤為有利。現(xiàn)在有許多工業(yè)余氫氣未能回收利用，若將其適當(dāng)?shù)乩茫浣?jīng)濟效益和環(huán)境效益都是良好的。第三章 氫氣的存儲目前所有實際可用的隨車儲氫或制氫技術(shù)，包括高壓儲氫、液氫儲氫、金屬氫化物儲氫、漿液儲氫以及車載汽油重整制氫裝置、甲醇重整制氫裝置和天然氣重整裝置等等。下面將詳細(xì)介紹這些儲氫技術(shù)的發(fā)展與利弊。3.1高壓氣瓶儲氫儲氫是以氫的相圖為基礎(chǔ)的。下圖3為氫的簡單相圖圖3 氫的簡單相圖在室溫和一個大氣壓下，儲存 4kg 氣態(tài)氫氣需要占據(jù) 45m3的容積。高壓儲氫通過提高氫氣壓力以達(dá)到減小體積的目的。然而氣體壓力與容

30、器重量呈正比，因此即使氫氣被高壓壓縮，其能量密度仍然沒有提高。現(xiàn)在高壓儲氫罐已經(jīng)出現(xiàn)在一些汽車產(chǎn)品中。例如，日本豐田公司推出的 FCHV-BUS2 混合動力巴士，這款車型使用的就是高壓儲氫罐。高壓儲氫方式應(yīng)用廣泛、簡便易行，具有制造安裝成本低、充放氫氣的速度快、常溫下可操作等優(yōu)點。但其缺點是需要大重量的耐壓容器，并在壓縮氫氣過程中，能量消耗較大，能量密度通常比較低。3.2液氫儲氫液氫的制取是將純氫冷卻到零下 253 攝氏度使之液化，然后裝灌至“低溫儲罐”中存儲。這一過程是通過多循環(huán)的絕熱膨脹來達(dá)成的。像液化天然氣一樣, 液氫也可以作為一種氫的儲存狀態(tài)。但由于液氫沸點很低且氣化潛熱為 0.45kJ/g , 因此, 液氫的溫度與外界的溫度存在巨大的差距, 外界一點熱量滲入容器, 便可造成液氫的劇烈沸騰而損失。如何保持超低溫是隨車液態(tài)儲氫技術(shù)的核心難題。為了避免和減少蒸發(fā)帶來的損失, 液氫儲罐常采用雙層壁結(jié)構(gòu), 內(nèi)外層罐壁之間除保持真空外, 還需布置多層薄鋁箔以防止內(nèi)外的熱量傳遞。圖4 車載液氫儲罐示意圖3.3金屬氫化物儲氫金屬氫化物儲氫