氨分解制氢（一文读懂氢能应用）
氨分解制氢(一文理解氢能应用)
氢气是如何制备的，它的来源是什么？由于大气中没有氢气，氢气不能通过简单的空气体分离直接获得。需要通过准备获得。
目前，制氢技术主要包括传统能源和生物质的化学转化、水的电解和光解。其中，天然气制氢是目前最主流的形式，但电解水制氢可以更广泛地推广空。煤气化和天然气重整制氢都有较高的一氧化碳排放量，对环境不友好。为了实现“3060”的目标，化石燃料制氢越来越不可持续。电解水制氢具有可持续、低排放的特点，将成为未来制氢的主流方式。从成本分析来看:在主流的制氢方法中，化石燃料制氢的成本最低，而电解水制氢的成本远高于化石燃料①煤:煤在蒸汽条件下气化产生含氢气和一氧化碳的合成气，合成气经转化分离产生氢气，可生产纯度大于99%的氢气。氢气的成本为10~15元/公斤。②天然气和石油:天然气和石油产品生成一氧化碳和水的合成气，然后通过变压吸附法或膜分离法转化为二氧化碳和氢气，从而制备高纯度氢气。用这种方法生产氢气的成本与煤相似。③甲醇、氨:甲醇裂解、氨分解制氢等。都属于由一次能源制成的含氢化合物高温热分解制氢。④工业尾气制氢:有合成氨生产尾气；炼油厂回收富氢系统氢气；氯碱厂副产氢气回收制氢；焦炉煤气中氢气的回收利用。平均成本8-14元/斤。⑤电解水制氢:目前常温常压下每1m3氢气(1m3氢气约0.09kg)需要消耗约5 ~ 5.5千瓦时的电能。采用最便宜的谷电(如0.3元/kWh)制氢，加上电以外的固定成本(约0.3~0.5元/m3)，综合成本为1.8~2.0元/m3，即制氢成本为20~22元/m3。根据国家发改委能源研究获得的数据，如果用目前的可再生能源通过弃电制氢，制氢成本可以降低到10元/公斤左右，相当于煤炭或天然气制氢的价格。但如果按照2017年全国大工业平均电价0.6元/kWh计算电价，制氢成本约为35-37元/kWh，远高于其他制氢方式。
表1制氢成本(国家发改委能源所数据)根据光大证券提供的信息，目前制氢的主要原料95%以上来自传统能源的化学重整(48%来自天然气重整，30%来自酒精重整，18%来自焦炉煤气)，约4%来自电解水。另外，因为日本的氢能利用领先世界。日本卤水的电解能力占全部制氢能力的63%。此外，高产能还包括天然气重整(8%)、乙烯制氢(7%)、焦炉煤气制氢(6%)和甲醇提质(6%)。那么产生氢气的目的是什么呢？氢能——即氢气和氧气(空气体)在特定环境下进行化学反应，释放电能和热能。
阳极:2H2-4e→4H+阴极:O2+4e+4H+→2H2O图1燃料电池这里所说的“特定环境”是指燃料电池。(图1)燃料电池是将燃料(氢气)和氧化剂(氧气在空气体中)的化学能通过电化学反应直接转化为电能的发电装置。理论上燃料电池可以100%热效率运行，实际上接近60-80%效率，经济性高。此外，燃料电池装置不包含或包含很少的运动部件，这是可靠的，需要较少的维护，并且比传统的发电机组更安静。此外，电化学反应干净彻底，无有害物质产生。这一切都让燃料电池被认为是一个大有可为的能源电厂[1]2019年两会期间，氢能首次写入政府工作报告——“继续落实新能源汽车购置优惠政策，推进充电、加氢等设施建设”。就氢能而言，首次在国家政府工作报告中单独提出，意义重大。说起燃料电池技术，很多人会认为是全新的“高科技”，但不一定是成熟的技术。事实上，燃料电池在军事领域的应用和研究由来已久。20世纪60年代。由于载人航天器对高功率、高比功率、高比能量电池的迫切需求，燃料电池引起了一些国家和军事部门的高度重视。美国成功研制出培根型中温氢氧燃料电池，是阿波罗登月飞船的主要电源。20世纪70年代至80年代，由于全球能源危机和燃料电池在航空航天领域的成功应用及其高能量转换效率。敦促世界上以美国为首的发达国家大力支持民用燃料电池的发展。[4]如果读者对海军武器感兴趣，他们肯定会知道现代德国海军的212A级和214级AIP(空中独立动力)潜艇并不依赖空空中推进技术。这两类潜艇使用氢燃料电池技术。
图2燃料电池潜艇20世纪80年代，西门子公司开始研究PEMFC动力的AIP(独立空气动装置)潜艇(质子交换膜燃料电池，目前主流燃料电池)。如今，德国的AIP技术已经相当成熟和完善。2003年4月7日，投资27.6亿德国马克的212A U31潜艇进行了试航。这是U3采用燃料电池和柴电动力系统组成的混合动力系统，其中燃料电池动力系统总功率为306kW，具有体积小、无腐蚀、功率密度高、使用寿命长、无空气体等特点。U31当由燃料电池供电时，它可以在水下连续潜行3周。[2]在民用领域，氢燃料电池在重载运输领域优势明显。根据国泰君安的研究，随着车辆重量和电池寿命的增加，燃料电池汽车的成本将逐渐接近甚至低于纯电动汽车。对于轻型客运，续航里程不到600公里，纯电动汽车的成本明显低于氢燃料电池汽车。然而，电动汽车的成本在600公里以上急剧上升，超过了燃料电池汽车的成本。对于重载货运，续航里程在400公里以上，燃料电池汽车的成本将明显低于纯电动汽车。因此，与锂电池相比，氢燃料电池在重载交通领域具有更强的技术适应性。
图3燃料电池总线类似于图3燃料电池的电动总线。氢气瓶安装在车辆顶部。氢气本身无毒，但扩散能力强。任何泄漏的氢气都很容易被周围的空气体稀释，不容易被检测到。一方面，便于泄漏时快速扩散。另一方面，泄漏的氢气不会扩散到乘客区等用电集中区域，避免了爆炸的风险。在屋顶上布局还可以提高整体空利用率。上述潜艇仍然是燃料电池车，燃料电池不是唯一的动力来源。燃料电池潜艇包括传统的柴油机、锂电池组和燃料电池组。燃油车包括燃料电池和锂电池。(如图4所示)
图4为什么燃料电池汽车系统的示意图是这样设计的？因为燃料电池“慢”。燃料电池的输出受到许多因素的限制。由于气体参与反应，燃料电池的输出特性非常软，无法应对电力需求的剧烈变化。比如驾驶员频繁踩油门，系统增加氢气输出，压力增大，电流密度逐渐增大，而电压降低，不仅使响应变慢，还会影响整个电气系统的效率。如图5所示，是额定功率为55kW的燃料电池从启动到最大功率的输出模拟曲线，大约需要20-25s才能达到最大额定功率。由于“慢”，燃料电池很难像电池或发动机一样成为电动汽车的单一能源。在实际设计中，一般的燃料电池将与蓄电池或超级电容器形成电-电混合动力系统。依靠输出更稳定、响应更快的电池来满足高频的功率需求，使燃料电池输出尽可能平稳[3]。换句话说，锂电池用来加速，燃料电池用来维持速度。
上一篇：橘生淮南小说(橘生淮南小说各个人物结局)