氫能在工業中如何應用

A. 氫能有什麼作用

氫是一種可燃燒的理想新能源，是世界上僅次於氧的最豐富的元素。它以化合物的形式儲於水與化石燃料等物質中，可以通過熱解、電解、熱化學、光解等方法製取氫。每公斤液氫燃燒的發熱值為14.2萬焦耳，相當於汽油發熱值的24倍，並和空氣中的氧化合產生蒸汽，凝結成水及少量氧化氮，不會污染環境，是可以再生和再循環的潔凈能源。

氫儲存方法有高壓氣態儲存、低溫液氫儲存、化學儲存及金屬氫化物儲存四種，其中金屬氫化物儲存系統最有發展前景。

目前，國外對氫能的科技開發研究十分重視，美國、俄國、德國、日本及沙烏地阿拉伯等國都積極開展氫能研究。隨著制氫和儲氫技術的成熟，經濟可行氫能將應用於航空、航天、火箭、機車、汽車、冶煉、化工、發電等領域。

歐洲將利用核能發展氫能技術：加拿大利用豐富水資源電解水制氫；美國已開始利用太陽能制氫，預計到2020年可規劃建成供30萬輛燃料電池汽車，使用城市供氫系統。同時在利用核能發展氫能研究上也有新的突破。

日本把氫能利用和國際潔凈能源利用技術列為「新日光計劃」的主要發展內容。

從世界能源發展的趨勢看，預計新世紀制氫技術將和清潔煤轉化、核能發電、太陽能發電、風能、水能發電及燃料電池發電形成系統。隨著新世紀的來臨，氫能的開發與應用可望得到飛速的發展，最終代替燃油在航空和汽車上得到應用。

B. 氫能如今發展的態勢如何，氫能的發展方向都有哪些

隨著世界范圍內對綠色經濟發展重視程度的提升，氫能源的需求和應用領域不斷擴展。氫能源產業下游應用場景主要可以分為：工業領域、交通運輸領域、建築領域、電力領域四個領域。

目前，我國主要氫能源主要的應用領域為工業領域。根據中國氫能聯盟數據顯示，到2060年，工業領域用氫依舊占氫能源應用主導地位。

工業領域為我國主要氫能源應用領域

氫能源是一種二次能源，它是通過一定的方法利用其它能源製取的。氫能源作為一種高效、清潔、可持續的能源已得到世界各國的普遍關注，被譽為21世紀的新能源。隨著世界范圍內對綠色經濟發展重視程度的提升，氫能源的需求和應用領域不斷擴展。

氫能源產業下游應用場景主要可以分為：工業領域、交通運輸領域、建築領域、電力領域四個領域。涉及到除了傳統石化工業應用如合成氨、石油與煤炭深加工外，還包括燃料電池汽車、建築、發電等方面的應用。

—— 更多行業相關數據請參考前瞻產業研究院《中國氫能源行業發展前景預測與投資戰略規劃分析報告》

C. 不只於氫能汽車，盤點2019年國內外氫能應用最新突破

自2015年豐田推出氫燃料電池汽車Mirai後，氫能再一次進入公眾視野。在氫能的應用方面，根據普氏能源（PlattsAnalytics）數據，2019年的氫氣用途主要用於精煉（3850萬噸）與制氨（3330萬噸），還有475萬噸用於其他用途，市場總需求共約7600萬噸。

除開傳統的精煉與制氨用途，目前無論國際還是國內，均以氫燃料電池為主要的表現形式，其中又以氫燃料電池汽車為落地應用，因此造成了「提氫能必提氫燃料電池汽車」的現象。國內各地發展氫能產業，也基本以氫燃料電池汽車作為載體，示範應用幾乎全部都是氫燃料電池汽車。

氫能的應用十分廣泛，可以大規模用於電力、石化、航空、航天、航海、石化、工業氣體等等各種領域，是一個沒有上限的產業，不應該只給民眾留下一個「汽車」的單調印象。

氫雲鏈整理了2019國內外在氫能應用上取得的應用突破，並簡要介紹國外的氫能應用發展案例，希望能夠展現一個豐富多彩的氫能社會和氫能經濟。首先是國內方面的應用。

儲能電站

於此同時，工程咨詢公司Arcadis，概念開發商LiveFree和Hoogeveen市政府宣布建設荷蘭的第一個以氫氣為基礎能源的住宅區：范德文庭院（VanderVeen）。這個小區的16棟建築將配備太陽能電池板，低溫供暖系統和儲氫罐。

本文來源於汽車之家車家號作者，不代表汽車之家的觀點立場。

D. 氫能源有哪些用途

氫能源是一種二次能源，它是通過一定的技術利用其它能源而製取的，不像煤、石油和天然氣等可以直接從地下開采、幾乎完全依靠化石燃料。但是由於目前所用的煤、石油、天然氣等能源屬於不可再生能源，地球的存量是有限的，而人類又時刻離不開能源，隨著世界經濟的發展，石化燃料的耗量也隨之日益增加，促使其儲量也日益減少，終有一天這些資源就會枯竭，因此開發更多的新能源已迫在眉睫，人們迫切需要尋找一種不依賴化石燃料、儲量豐富的新型含能體能源。

如何利用太陽能生成「氫」，是世界各國都想知道的答案。科學家們指出，發展氫能源，將為建立一個美好、環保的新世界邁出重要一步。

在大自然中，氫的分布非常廣泛。其中水中含有11%的氫，可謂是氫的大「倉庫」。氫的主體是以化合物水的形式存在的，而地球表面約有70%的水，儲水量很大，因此可以說，氫是「取之不盡、用之不竭」的能源。如果能用合適的方法把氫從水中製取出來，那麼氫也將是一種價格相當低廉的能源，會被人們廣泛利用。

經試驗表明，在燃燒同等重量的煤、汽油和氫氣的情況下，從產生的能量上看氫氣產生的能量最多，而且它燃燒之後的產物只有水，不會產生灰渣和廢氣，不會污染環境；而煤和石油燃燒會生成二氧化碳和二氧化硫，它們會分別產生溫室效應和酸雨。地球上煤和石油的儲量是有限的，而氫主要存在於水中，燃燒後剩下的唯一產物也是水，還可以源源不斷地產生氫氣，永遠都不會用完，因此，在眾多的新能源中，氫能是21世紀最理想的能源。

氫是一種無色無味的氣體，每一克氫燃燒後能釋放出142千焦爾的熱量，是一克汽油發熱量的3倍。氫的重量非常輕，它比天然氣、汽油、煤油的重量都輕，因而其攜帶和運送都很方便，也是用於航天、航空等高速飛行交通工具最合適的燃料。氫在氧氣里可以燃燒，其火焰的溫度可高達2500℃，因而人們也常用氫氣焊接或者切割鋼鐵等材料。

氫的用途很廣泛，適用性也很強。它不僅可以用作燃料，而且金屬氫化物還具有化學能、機械能和熱能相互轉換的功能。氫作為氣體燃料，首先被應用在了汽車上。世界一些國家很早就製造出了以液態氫為燃料的汽車。用氫作為汽車燃料，不僅環保，在低溫下可以很容易就能發動，而且對發動機的腐蝕也很小，可以延長發動機的使用壽命。由於氫氣與空氣可以均勻的混合，完全可以省去一般汽車上所用的汽化器裝置，從而使現有的汽車構造更加簡單、節約原材料。此外更令人驚訝的是，只要在汽油中加入4%的氫氣，用它作為汽車發動機的燃料，就可以節油40%，降低了汽車的耗油量，而且還不需要對汽油發動機作很大的改進。

另外，使用氫燃料的電池還可以把氫能直接轉化成電能，從而使人們能更方便的使用氫能。迄今為止，這種燃料電池已經被使用在了宇宙飛船和潛水艇上，其效果很不錯。但是，由於其成本較高，短時間內還難以被普遍使用。

氫氣在一定的溫度和壓力下很容易轉變成液體，因而用鐵罐車、輪船運輸或者公路拖車運輸都很方便。液態的氫既可用作汽車、火車、飛機等交通工具的燃料，也可用作火箭、導彈等航空工具的燃料。

現在世界上使用的氫絕大部分是從石油、煤炭和天然氣中製取的，這就對本來就很緊缺的礦物燃料造成的進一步的威脅，影響了人們生產的長遠利益；而少量的氫是通過電解水的方法製取的，但因此消耗了很多的電能，從經濟利益上看很不劃算，那麼人們通過什麼辦法才能製取大量的、廉價的氫能呢？

隨著人們對太陽能的研究和利用的不斷發展，人們已開始准備利用陽光來分解水來製取氫氣。根據科學家的研究，除了從水中製取氫以外，還可以利用微生物產生氫氣。

時至今日，氫能源的製取和利用已經成為了新能源的發展趨勢，氫能源不僅能人們帶來取之不盡用之不竭的能量，還可以使人們的環境更環保，因此，我們要不斷努力，探求更多更好的方法來攝取和利用氫能源。

E. 氫氣在工業上的主要用途是什麼

氫氣在工業中有廣泛用途：人們利用氫氣可以從氧化合物中奪取氧的性質，在冶金工業可以冶煉金屬。例如，在軍事工業和民用工業上都很重要的金屬鎢、鉬等，就是利用氫氣煉制出來的。用氫氣冶煉金屬鎢的化學方程式如下：wo3
+
3h2=加熱△=3h2o
+
w
根據同樣的道理，電子工業可以利用氫氣來製取半導體材料——高純硅。
氫氣也是重要的化工原料。如可以利用氫氣來製造氨(nh3),並進一步製造化肥。也可以用氫氣製造鹽酸，把液態植物油製成人造黃油等。
氫氣還是一種理想的燃料。氫氣的資源非常豐富，水就是氫的倉庫。而氫氣的燃燒產物又是水，人們一旦利用太陽能從水中製取廉價氫氣的技術得以突破，氫氣就將成為取之不盡用之不竭的能源。

F. 氫能有哪些應用

如今氫能已經進入了人們的生產生活領域，並且初步顯示出了其優越的性能。

20世紀初，星際航行學的奠基人俄國齊奧爾科夫斯基就預言過：「氫是將來噴氣發動機的燃料。」氫燃料重量輕，1升液氫只有70克，而能量密度卻是普通汽油的3倍，用於航天、航空等高速運輸工具，可以使載重與自重比成倍地提高。氫作為航天動力燃料，可追溯到1960年，液氫首次成為太空火箭的燃料，而後美國發射的「阿波羅」登月飛船使用的遠載火箭燃料也是液氫。此後，氫成了太空梭起飛時必不可少的動力燃料，美、俄等航天大國還將氫氧燃料電池作為空間軌道站的電源而廣泛應用。

1989年4月，蘇聯一架運輸客機改裝的氫燃料實驗飛機試飛成功，為人類應用氫能源邁出了可喜的一步。

在汽車應用方面，氫能源利用成就尤為顯著。美、德、日等國在氫能和儲氫合金利用方面已接近實用化了。1979～1983年德國賓士公司以氫作燃料在柏林和斯圖加特進行了小客車和貨車的行車實驗。據報道，只要帶上儲氫量為5千克的280千克鐵鈦合金氫化物，就能行使110千米。日本馬自達公司推出的氫能汽車，速度可達125千米／小時；1980年我國也研製成功了第一輛氫能汽車；1996年日本豐田汽車公司推出了燃料電池汽車，作為燃料的氫氣由鈦系儲氫合金提供，最高速度在100千米／小時以上，一次貯氫可持續行駛250千米以上。

1990年夏，德國巴伐利亞電力公司在紐倫堡以東的諾因堡地區建造了一座實驗性500千瓦級的太陽能制氫發電廠。它使用2萬平方米太陽能電池板電解制氫，年產汽車用氫燃料5萬立方米。不少國家都在加強氫能的開發和應用研究，並制訂了相應的發展計劃。

目前的許多工作還處於試驗研究階段，制氫技術還有待提高，儲運手段尚需改善。因此，專家們估計，氫能的大規模實用化還需要20年以上。然而，無論從地球資源和生產技術，還是從環境保護的角度來看，可以相信，再過幾十年，潔凈優質的氫能將成為世界能源舞台上的一個出類拔萃的新秀而大放異彩。

總的看來，在未來人類雖然會受到能源危機的困擾，但是利用我們人類的聰明才智，不斷探索新的能源，人類完全可以克服能源危機這個困難，向著更加美好的未來前進。

G. 對氫能的研發怎麼利用

氫具有高揮發性、高能量，是能源載體和燃料，同時氫在工業生產中也有廣泛應用。現在工業每年用氫量為5500億立方米，氫氣與其他物質一起用來製造氨水和化肥，同時也應用到汽油精煉工藝、玻璃磨光、黃金焊接、氣象氣球探測及食品工業中。液態氫可以作為火箭燃料，因為氫的液化溫度在-253℃。

氫能在21世紀有可能在世界能源舞台上成為一種舉足輕重的二次能源。它是一種極為優越的新能源，其主要優點有：燃燒熱值高，每千克氫燃燒後的熱量，約為汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。燃燒的產物是水，是世界上最干凈的能源。資源豐富，氫氣可以由水製取，而水是地球上最為豐富的資源，演繹了自然物質循環利用、持續發展的經典過程。

隨著化石燃料耗量的日益增加，其儲量日益減少，終有一天這些資源將要枯竭，這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料的、儲量豐富的新的含能體能源。氫能正是一種在常規能源危機的出現、在開發新的二次能源的同時人們期待的新能源。

目前，氫能技術在美國、日本、歐盟等國家和地區已進入系統實施階段。美國政府已明確提出氫計劃，宣布今後4年政府將撥款17億美元支持氫能開發。美國計劃到2040年美國每天將減少使用1100萬桶石油，這個數字正是現在美國每天的石油進口量。

氫能汽車氫燃料電池技術，一直被認為是利用氫能解決未來人類能源危機的終極方案。隨著中國經濟的快速發展，汽車工業已經成為中國的支柱產業之一。與此同時，汽車燃油消耗也達到8000萬噸，約佔中國石油總需求量的1/4。在能源供應日益緊張的今天，發展新能源汽車已迫在眉睫。用氫能作為汽車的燃料無疑是最佳選擇。

雖然燃料電池發動機的關鍵技術基本已經被突破，但是還需要更進一步對燃料電池產業化技術進行改進、提升，使產業化技術成熟。這個階段需要政府加大研發力度的投入，以保證中國在燃料電池發動機關鍵技術方面的水平和領先優勢。這包括對掌握燃料電池關鍵技術的企業在資金、融資能力等方面予以支持。除此之外，國家還應加快對燃料電池關鍵原材料、零部件國產化、批量化生產的支持，不斷整合燃料電池各方面優勢，帶動燃料電池產業鏈的延伸。同時政府還應給予相關的示範應用配套設施，並且支持對燃料電池相關產業鏈予以培育等，以加快燃料電池車示範運營相關的法規、標準的制定和加氫站等配套設施的建設，推動燃料電池汽車的載客示範運營。有政府的大力支持，氫能汽車一定能成為朝陽產業。

H. 氫能的開發利用

「氫能經濟」時代將到來 加拿大日前宣布將為「氫公路項目」提供資助。氫公路項目的實施將是加拿大能源史上的氫能革命。該項目的具體內容是在2010年前，在溫哥華到2010年冬奧會主辦城市威斯勒的120公里公路上建立5個燃料電池車的加氫站，並生產出必要數量的燃料電池車，由氫燃料電池車承擔2010年冬奧會期間機場與主辦城市之間的人員運輸任務。 隨著工業的發展，污染日益嚴重，以氫能為代表的高效清潔能源越來越成為社會生存與發展的必然選擇。氫能燃料電池電動汽車已被列為21世紀十大高技術之首。 氫能燃料電池作為一種清潔能源，其應用不僅能獲得較好的環保效益，而且能減少對外國的石油依賴，實現能源獨立。牛津大學有科學家預測，到2010年前，世界每天生產的氫能源當量將達到320萬桶石油；2020年前將達到950萬桶石油。專家們認為，氫將在2050年前取代石油而成為主要能源，人類將進入完全的「氫能經濟」社會。 氫位於元素周期表之首 氫位於元素周期表之首，它的原子序數為1，在常溫常壓下為氣態，在超低溫高壓下又可成為液態。 專家介紹，作為能源，氫有以下特點：一是所有元素中，氫重量最輕；二是所有氣體中，氫氣的導熱性最好，在能源工業中氫是極好的傳熱載體；三是氫是自然界存在最普遍的元素，據估計它構成了宇宙質量的75％；四是除核燃料外氫的發熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的；五是氫燃燒性能好，點燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃范圍，而且燃點高，燃燒速度快；六是氫本身無毒，與其他燃料相比氫燃燒時最清潔，而且燃燒生成的水還可繼續制氫，反復循環使用；七是氫能利用形式多，既可以通過燃燒產生熱能，在熱力發動機中產生機械功，又可以作為能源材料用於燃料電池，或轉換成固態氫用作結構材料，用氫代替煤和石油，不需對現有的技術裝備作重大的改造，現在的內燃機稍加改裝即可使用；八是氫可以以氣態、液態或固態的金屬氫化物出現，能適應貯運及各種應用環境的不同要求。 氫能被世界關注 世界很多國家目前都在努力開發能夠取代石油和煤炭的清潔能源，其中氫能最為引人注目。氫能經濟(Hydrogen Economy)已經被美國、歐盟、日本、中國等列上了發展日程。 英國倫敦帝國學院的研究人員最近宣布，在氫能經濟方面取得突破已經指日可待了。他們說，在不久的將來，人們將可以模仿植物對水進行分離的模式安全高效地從水中分離出氫能來。 加拿大計劃將燃料電池電動汽車技術發展成國家的支柱產業。加拿大對氫能的研究與開發投入較早較大，估計未來5年裡，氫能開發還將投入10億美元以上。2004年的報告顯示，在過去5年裡，加拿大的氫能公司數目增加了1倍。加拿大的長期目標是搶佔世界氫能領域的制高點。 美國總統布希表示，美國將致力於發展氫燃料電池車輛以及氫能基礎供應設施，以維護生態環境，並且讓美國諛茉捶矯嬡〉酶蟮淖災饜浴！拔姨嵋橛?2億美元來資助氫能的研究計劃，讓美國能夠在發展清潔的氫能車輛上領先全球。」美國能源部已經跟著名科技研發公司Millennium Cell簽訂合同，在2004年到2006年間拿出350萬美元資助這家公司的氫能研究計劃。 氫能之所以得到世界各國的高度重視，除了它沒有污染的特性外，還因為它取之不盡、用之不竭。目前面臨的最大困難是如何安全高效地提取、儲存和轉換氫能，把它轉變成易於使用的電力。為此，世界很多國家都在拿出巨額資金進行研究開發。 電解水制氫 將是我國能源戰略的美好前景 中國科學家呼籲，國家應該大力推動制氫技術和燃料電池的開發研究，結合我國實情開展有特色的試點開發，搶占未來能源制高點，盡早步入永續發展的「氫能經濟」時代。 目前，國際上通行的制氫方法不外兩種：一種是利用煤炭、石油、天然氣等炭氫化合物製取，但這些都是不可再生能源；另一種是直接利用水製取，氫燃燒後又與空氣結合變回純凈水，這是自然物質循環利用、持續發展的典型過程，可謂取之不盡、用之不竭。而且氫是一種可以儲存的能源，如果利用豐富的電能實現電解水制氫，可建獨立的氫供應站，不必區域聯網，不需要龐大的基礎設施，也不像風力、地熱、潮汐等能源受地域限制。我國相關專業的專家認為，大力發展水電，利用電解水制氫，將是我國能源戰略的美好前景。 專家們同時認為，迎接「氫能經濟」時代的到來，盡管還需要大量的科技攻關，但是電解水制氫技術及設備，已被科學界所公認。國家應該加強扶植科研開發，提高以燃料電池為核心的氫能發動機性能，不斷降低制氫、用氫成本，探索新的制氫用氫途徑，通過試點加速實現氫能源及燃料電池汽車商品化、產業化進程。參考資料： http://hsx.hnagri.gov.cn/news/shownews.asp?newsid=697

I. 氫能的應用有哪些

氫能的巨大優勢和美好前景吸引著人類對它的關注，世界各國都加緊了對氫能的開發和利用，一時間出現了「百舸爭流」的局面，一項項發明成果被應用到現代工業、軍事、民用領域。在對重量十分敏感的航天、航空領域，氫能顯示了巨大的優勢；在汽車工業領域，氫能已經初露鋒芒。此外，在發電、攜帶型電子產品方面，氫能必將給人類帶來極大的便利。

J. 氫能源的具體應用形態

(一)、交通應用

交通：2030年中國燃料電池車數量將達50000輛，說到氫能源通常人們都會想到交通行業——氫能源汽車。

隨著技術的成熟，氫加氣站的完善，近幾年來國際氫能舞台的中國聲音也越來越多。2017年我國生產了1272量燃料電池車，比2016年生產的629輛，增長了102%，預計2018年超過3000輛。(二)、工業應用

目前我國年產氫氣2100萬噸左右，主要應用於合成氨、合成甲醇和石油煉化等化工行業。預計傳統用氫領域氫能需求隨市場變化有所波動，但大體保持穩定，其中合成氨工業氫能需求在2030年前有所增加。隨著鋼鐵行業減煤壓力日益趨緊，氫氣在鋼鐵行業中的需求量有望快速增加。(三)航天：世界新一代運載火箭以氫氧發動機為主動力

氫能源作為重要的新型能源最早用於國防軍事工業，尤其是航天領域。 氫元素是組成宇宙的重要的元素之一，但是人類製造液氫還是比較晚，在1898年在實驗室才生成液氫，跟其他技術一樣，都是首先用以國防軍事工業，最典型的地區是美國的載人登月計劃，阿波羅登月計劃土星五號運載火箭。」中國航天科技集團氫能工程技術研發中心主任譚永華介紹，我國到總共開發了四型氫氧發動機，主打的是長三甲系列發動機。目前為止已經形成了完整的液氫航天工業體系，從生產、儲存、運輸、試驗及測控、安全與監測，成果，包括形成了一系列的國家的軍用標准。(四)、建築應用

目前，我國建築普遍存在耗能大，效率低，圍護結構的保溫隔熱性能不高等問題，並具有夏季空調用電量大，冬季採暖能耗高等特點。天然氣重整制氫用於燃料電池熱電聯產，不僅可以有效降低天然氣終端利用的排放強度，且具有多能互補、能綜合效高、保障供能可靠性等方面的優點，未來具有一定市場推廣空間。此外，當前我國應急(EPS)與備用電源(UPS)市場主要以鉛酸電池為主，部分企業也開始采購退役動力電池開展基站備電技術示範，採用氫能的燃料電池可作為用戶側作為應急或備用電源的備選方案。