《太阳能制氢》PPT课件.ppt
太阳能制氢,氢能：人类未来的清洁能源,氢，在常温常压下是气体状态，在超低温高压下又可成为液态。作为能源，氢能具有重量轻、热值高、“爆发力”强、来源广、品质纯洁、能量形式多、储存便捷等优点，赢得了人们的青睐。一致认为，用氢能取代碳氢化合物能源，将是重要的发展趋势。这种新能源已开始逐步形成，通过太阳能制得的氢，将成为普遍使用的一种高级能源，二三十年后，氢，必将是众多领域的重要能源。,如何从太阳能得到氢,在太阳能制氢阶段，人们研究了多种制氢方法，如太阳能电解水制氢，太阳能热化学制氢，光化学作用制氢，光电化作用制氢，光解水制氢，太阳能热解水制氢和光合作用制氢等。上述大多数制氢方法目前还处在实验室研究阶段，离实际应用还有较大作用。,太阳能电解水制氢,电解水制氢是获得高纯度氢的传统方法。原理：将酸性或碱性的电解质溶入水中，以增加水的导电性，然后让电流通过水，在阴极和阳极上就分别得到氢和氧。应用：目前，世界上已有许多先进的大型电解装置在运行，一天制氢量在千吨以上，电-氢的转化效率可达75%以上。但由于太阳能光伏电池-电的转换效率较低，价格非常昂贵，所以难以和电解水制氢竞争，更不用说是常规能源了。,太阳能直接电解制氢,原理：它基于光电化学池和半导体光催化法，即通过光阳极吸收太阳能并将光能转化为电能，同时在对电极上给出电子。左图为太阳能直接电解水制氢示意图。,太阳能热解水制氢,原理：水在2000时，可以直接离解为氢气和氧气。太阳能热解水制氢，就是采用高反射、高聚焦的实验性太阳炉，可以实现2000 以上的高温，从而能直接使水分解，得到氢气和氧气。应用：由于这类装置的造价很高，效率较低，尚不具备普遍的实用意义。,太阳能热化学制氢,原理：因为直接热解水制氢的温度很高，工程实现困难。人们试图在1000 左右，在不同阶段和不同温度下加给在含有添加剂的水分解系统中，使水沿着多步骤的反应过程最终分解为氢气和氧气。取得的成果：目前已研究出多种热化学循环系统，如金属Ca、Sr、Mn、Fe的卤化物作为氧化还原剂分解水；双组分S-I氧化还原系统；蒸汽-铁系统等。热化学制氢的难点：材料问题：高温而且同时又在腐蚀性的氧化还原剂存在时，材料的腐蚀和破坏格外严重。反应中间产物或最终产物的分离难易程度。,太阳能光化学制氢,目前太阳能光化学制氢的的主要光解物是乙醇，即太阳能直接分解水中的乙醇制得氢。乙醇是很多工业生产过程中的副产物，也容易从农作物中得到。,C2H5OH CH3CHO+H2,+41.2KJ/mol,太阳能直接光催化制氢,原理：往水中加入一些物质，试图通过这些物质吸收光能并有效地传给水分子，使水光解成氢和氧。研究关键：（1）研制高效的可见光催化剂；（2）构建稳定的光催化反应体 系。,光合作用制氢,原理：利用某些微生物（光合作用细菌）转换太阳能，产生特定物质氮化酶和氢化酶，然后再利用这两种特定物质分解水产生氢气。该技术的主要障碍：微生物产生氮化酶和氢化酶的效率不高、氮化酶和氢化酶的热稳定性不好和寿命短等，这些问题有待科学家们的进一步探索研究，寻找解决办法。,生物制氢,（1）蓝藻和绿藻 该类生物可利用体内巧妙的光合机构转化太阳能为氢能。两者均可光合裂解水产生氢气，但产氢机制却不相同。目前，这种藻产氢能力很低。（2）厌氧光合细菌 与蓝藻和绿藻相比，厌氧光合细菌的厌氧光合放氢过程不产氧，故工艺简单，而且产氢纯度和产氢效率高。（3）非光合生物 该类微生物可降解大分子有机物产氢的特性，使其在生物转化可再生能源物质（纤维素及其降解产物和淀粉等）生产氢能研究中显示出优越于光合生物的优势。,太阳能-氢能系统,在前面，介绍了太阳能制氢的方法，用太阳能制取的氢可以像天然气那样储存起来，这样氢能在太阳能和用户之间就可以起到一个桥梁作用，构成太阳能-氢能-用户的能源链，示意图如下：,太阳能-电解水-制氢系统,太阳能-氢能系统的尝试,美国加州洪堡州立大学莎茨能源研究中心开发的太阳能制氢系统，每天可自动生产出干净的氢燃料。该系统1989年开始筹建。德国一座500KW的太阳能制氢试验厂目前已经投入试验运行，生产的氢气被用作锅炉和内燃机燃料或者用于燃料电池的运行。在沙特阿拉伯也建成了一个350KW的太阳能制氢系统，这一系统是德国航天局和阿布杜拉科学城的试验研究和培训基地。,太阳能-氢能系统的科学性,（1）长久地提供人类所需的足够能量。（2）最环保的能源系统。（3）是和平的能源利用方式。,太阳-氢能系统的经济性,推动太阳-氢能系统趋于经济、适用化的因素主要有：（1）随着研究的深入，太阳-氢能系统的效率将进一步提高，达到实用化程度；（2）工艺和材料的改进，以及规模化生产，可降低建造成本；（3）建立低成本，超长距离输氢系统，在太阳能丰富的地区建立太阳-氢能系统，制备廉价的氢；（4）储氢、用氢技术的成熟，可促进太阳-氢能系统向规模化和产业化方向发展；（5）化石能源减少，其价格必然升高；（6）随着环境保护的要求提高，对化石能源的社会成本的估算被提上议程。,参考文献,毛宗强编著无碳能源：太阳氢（化学工业出版社）毛宗强编著氢能-21世纪的绿色能源（化学工业出版社）,The end!Thanks!,
