氢能源-未来最理想的能源.ppt

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1、 氢能源未来理想的新能源 大石桥高中 李南思考讨论：为什么说氢气是21世纪后期最理想的新型能源？氢能的优势氢能的优势:资源丰富。氢的制取原料可以是水，地球上储存的水资源较为丰资源丰富。氢的制取原料可以是水，地球上储存的水资源较为丰富，并且在较长的时间内不受限制富，并且在较长的时间内不受限制。污染较小。氢燃烧后的产物是水，对环境的污染较小，而且不会破污染较小。氢燃烧后的产物是水，对环境的污染较小，而且不会破坏水的自然循环。最直接的好处就是如果有一天地球上全部使用氢坏水的自然循环。最直接的好处就是如果有一天地球上全部使用氢能源，则诸如温室效应、酸雨、厄尔尼诺现象都会消失。能源，则诸如温室效应、酸雨

2、、厄尔尼诺现象都会消失。氢燃烧速度快，热值大。根据这一点，氢可以作为很好的动力能氢燃烧速度快，热值大。根据这一点，氢可以作为很好的动力能源。实验证明，氢的燃烧效率比汽油高源。实验证明，氢的燃烧效率比汽油高45%以上。以上。氢能能够存储，而电是很难存储的。氢能能够存储，而电是很难存储的。氢能应用范围广，适应性强，例如通过氢还原的方式可以直接炼钢氢能应用范围广，适应性强，例如通过氢还原的方式可以直接炼钢和制取甲烷。和制取甲烷。名称名称氢气氢气甲烷甲烷汽油汽油乙醇乙醇甲醇甲醇燃烧值燃烧值/kJ kg-1121,06150,05444,46727,00620,254表表1 1 几种物质的燃烧值几种物质

3、的燃烧值 从表中可知，每千克氢燃烧后的热量约为汽油的从表中可知，每千克氢燃烧后的热量约为汽油的3 3 倍，酒精倍，酒精的的3.9 3.9 倍，甲烷的倍，甲烷的2.52.5倍。倍。氢作为气体燃料，首先被应用在汽车上。1976年5月，美国研制出一种以氢作燃料的汽车;后来，日本也研制成功一种以液态氢为燃料的汽车;70年代末期，前联邦德国的奔驰汽车公司已对氢气进行了试验，他们仅用了五千克氢，就使汽车行驶了110公里。用氢作为汽车燃料，不仅干净，在低温下容易发动，而且对发动机的腐蚀作用小，可延长发动机的使用寿命。由于氢气与空气能够均匀混合，完全可省去一般汽车上所用的汽化器，从而可简化现有汽车的构造。更令

4、人感兴趣的是，只要在汽油中加入4%的氢气。用它作为汽车发动机燃料，就可节油40%，而且无需对汽油发动机作多大的改进。负极：负极：2H2-4e-=4H+正极：正极：O2+4e-+4H+=2H2O一、氢气的制备一、氢气的制备水电解制氢水电解制氢目前发展成熟的制氢方法很多，但在可开发性方面，却尚目前发展成熟的制氢方法很多，但在可开发性方面，却尚未发现比水电解法更为优越的方法，因而电解水制氢是最未发现比水电解法更为优越的方法，因而电解水制氢是最有应用前景的一种方法，它具有产品纯度高、操作简便、有应用前景的一种方法，它具有产品纯度高、操作简便、无污染、可循环利用等优点。无污染、可循环利用等优点。水电解制

5、氢目前主要包括三种方法，分别是碱性水溶液电水电解制氢目前主要包括三种方法，分别是碱性水溶液电解、固体聚合物电解质水电解和高温水蒸气电解。解、固体聚合物电解质水电解和高温水蒸气电解。如图所示，图1是水电解的一种简易实验装置，图2是某科学老师针对图1实验自创的新装置其实验操作步骤如下：先将装置固定在铁架台上，向其中注入250g溶质质量分数为8%的氢氧化钠溶液作电解液代替水，用注射器将电解液注满移液管并倒立在装置的两极，连接好导线，开启直流电，当产生一定量的气体时，关闭电源，随即检验两极产生的气体请你结合图示和操作步骤，回答下列问题：（1）用溶质质量分数为8%的氢氧化钠溶液作电解液代替水是为了_（2

6、）图2中与电源正极相连接的移液管中收集到的气体是_；（3）你认为图2的创新实验相对于图1来说，所具备的优点是实验时，_增强水的导电性；氧气手不用直接接触有腐蚀性的电解液焦炭+水制氢 焦炉煤气变压吸附制氢装置焦炉煤气变压吸附制氢装置以天然气或轻质油为原料制以天然气或轻质油为原料制取氢气该法是在催化剂存在取氢气该法是在催化剂存在下与水蒸汽反应转化制得氢下与水蒸汽反应转化制得氢气。主要发生下述反应：气。主要发生下述反应：CH4H2OCOH2COH2OCO2H2太阳能太阳能+水制氢水制氢太阳能和水是地球上最重要的两种可再生性资源，利用太阳能分解水制备氢气是最清洁的制氢途径，一直是人类开发氢能的梦想太阳

7、能使水分解把能量转移到氢气化学能上生物质制氢 生物质资源丰富，是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物生物质资源丰富，是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物制氢。制氢。生物质气化制氢生物质气化制氢将生物质原料如薪柴、麦秸、稻草等压制成型，在气化炉（或裂解炉）将生物质原料如薪柴、麦秸、稻草等压制成型，在气化炉（或裂解炉）中进行气化或裂解反应可制得含氢燃料。我国在生物质气化技术领域中进行气化或裂解反应可制得含氢燃料。我国在生物质气化技术领域的研究已取得一定成果，在国外，由于转化技术的提高，生物质气化的研究已取得一定成果，在国外，由于转化技术的提高，生物质气化已能大规模生产水煤气，其氢气含

8、量大大提高。已能大规模生产水煤气，其氢气含量大大提高。微生物制氢微生物制氢微生物制氢技术亦受人们的关注。利用微生物在常温常压下进行酶催微生物制氢技术亦受人们的关注。利用微生物在常温常压下进行酶催反应可制得氢气。生物质产氢主要有化能营养微生物产氢和光合微生反应可制得氢气。生物质产氢主要有化能营养微生物产氢和光合微生物产氢两种。属于化能营养微生物的是各种发酵类型的一些严格厌氧物产氢两种。属于化能营养微生物的是各种发酵类型的一些严格厌氧菌和兼性厌氧菌）发酵微生物放氢的原始基质是各种碳水化合物、蛋菌和兼性厌氧菌）发酵微生物放氢的原始基质是各种碳水化合物、蛋白质等。目前已有利用碳水化合物发酵制氢的专利，

9、并利用所产生的白质等。目前已有利用碳水化合物发酵制氢的专利，并利用所产生的氢气作为发电的能源。光合微生物如微型藻类和光合作用细菌的产氢氢气作为发电的能源。光合微生物如微型藻类和光合作用细菌的产氢过程与光合作用相联系，称光合产氢。过程与光合作用相联系，称光合产氢。二、二、氢的储存氢的储存氢在一般条件下以气态形氢在一般条件下以气态形式存在，且易燃式存在，且易燃(4-75%)(4-75%)、易爆易爆(15-59%)(15-59%)，这就为储，这就为储存带来了很大的困难。当存带来了很大的困难。当氢作为一种燃料时，必然氢作为一种燃料时，必然具有分散性和间歇性使用具有分散性和间歇性使用的特点，因此必须解决

10、储的特点，因此必须解决储存问题。储氢技术要求能存问题。储氢技术要求能量密度大量密度大(包含单位体积和包含单位体积和质量储存的氢含量大质量储存的氢含量大)、能、能耗少、安全性高。耗少、安全性高。n液化压缩的储氢液化压缩的储氢n高压气态储氢高压气态储氢n金属氢化物储氢金属氢化物储氢n碳纳米管吸附储氢碳纳米管吸附储氢n配位氢化物储氢配位氢化物储氢常见镍氢电池的某电极材料是储氢合金常见镍氢电池的某电极材料是储氢合金LaNiLaNi5 5H H6 6 （LaNiLaNi5 5H H6 6 中各元素化合价均为零），电池反应通常表中各元素化合价均为零），电池反应通常表示为：示为：LaNiLaNi5 5+6N

11、i+6Ni（OHOH）2 2 LaNi LaNi5 5 H H6 6+6NiO+6NiO（OHOH），），下列说法正确的是（）下列说法正确的是（）A A放电时，储氢合金作正极放电时，储氢合金作正极B B放电时，负极反应：放电时，负极反应：LaNi LaNi5 5H H6 6+6OH +6OH-6e-6e-=LaNi=LaNi5 5+6H+6H2 2O OC C充电时，阳极周围充电时，阳极周围c c（OHOH-）增大）增大D D充电时，储氢合金作阳极充电时，储氢合金作阳极B思考：氢成为未来的能源需要解决思考：氢成为未来的能源需要解决哪些问题？哪些问题？n氢能作为一氢能作为一种种极为优越极为优越的

12、新能源的新能源，称氢为，称氢为“能源载体能源载体”主主要是要说明，氢本身并不是自然能源，必须被生产出来。要是要说明，氢本身并不是自然能源，必须被生产出来。这个生产过程需要能源，所以生产氢的这个生产过程需要能源，所以生产氢的关键关键关键关键是使用可再生是使用可再生能源。这样才能在整个能源的循环过程中消除所有碳化物能源。这样才能在整个能源的循环过程中消除所有碳化物的排放。的排放。n未来的研究未来的研究工作需致力于工作需致力于以下几个方面以下几个方面:第一第一,进一步改进进一步改进和完善现有的制氢工艺和完善现有的制氢工艺,开发开发新的制氢技术新的制氢技术;第二第二,在制氢和在制氢和储氢研究中应满足原

13、料储氢研究中应满足原料来源广、成本低、制造来源广、成本低、制造工艺简单循工艺简单循环使用寿命高等一系列要求环使用寿命高等一系列要求;第三第三,储氢机理的探索储氢机理的探索。1.1.氢气作为氢气作为2121世纪极具开发前景的新能源世纪极具开发前景的新能源之一，理由是（）之一，理由是（）燃烧热值高燃烧热值高 原料资源丰富原料资源丰富 贮存和贮存和运输时安全性高运输时安全性高 燃烧产物无污染燃烧产物无污染A A B BC C D DB2.“氢能氢能”被视为被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢气的燃烧效率非世纪最具发展潜力的清洁能源。氢气的燃烧效率非常高，只要在汽油中加入常高，只要在汽油中加入4%

14、的氢气，就可使内燃机节油的氢气，就可使内燃机节油40%。目前，氢。目前，氢能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段。氢气的能技术在美国、日本、欧盟等国家和地区已进入系统实施阶段。氢气的制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。制取与储存是氢能源利用领域的研究热点。已知：已知：CH4（g）H2O（g）=CO（g）3H2（g）H206.2kJmol1CH4（g）CO2（g）=2CO（g）2H2（g）H247.4kJmol12H2S（g）=2H2（g）S2（g）H169.8kJmol1（1）以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。）以甲烷为原料制取氢气是工业上常用的制氢方法。CH4（g

15、）与）与H2O（g）反应生成）反应生成CO2（g）和）和H2（g）的热化学方程式为）的热化学方程式为CH4（g）2H2O（g）=CO2（g）4H2（g）H165.0 kJmol13.氯碱工业中电解饱和食盐水的原理示意图，如图所示：阳极：阳极：2Cl-2e-=Cl2(氧化反应氧化反应)阴极：阴极：2H+2e-=H2(还原反应还原反应)总反应方程式：总反应方程式：2NaCl+2H2O=2NaOH+H2+Cl2（1）溶液）溶液A的溶质是的溶质是_；（2）电解饱和食盐水的两极反应式和总反应方程式）电解饱和食盐水的两极反应式和总反应方程式:_（3）电解时用盐酸控制阳极区溶液的）电解时用盐酸控制阳极区溶液的pH在在23，用化学平衡移动原理解释盐酸的，用化学平衡移动原理解释盐酸的作用作用 _ ；NaOH氯气与水反应：氯气与水反应：Cl2H2OHClHClO，增，增大大HCl的浓度可使平衡逆向移动，减少氯气的浓度可使平衡逆向移动，减少氯气在水中的溶解，有利于氯气的溢出。在水中的溶解，有利于氯气的溢出。