氢能的重要性和制氢方法浅析

氢能是一种储量丰富、热值高、无污染的新能源.常见的工业制氢方法有:化石燃料制氢工艺、电解水制氢,催化热分解碳氢化合物制氢,生物制氢等.当前世界范围内的制氢研究十分活跃,开发氢能源及在未来发展氢能经济对于经济高速增长、能源进口依赖较大、消耗与日俱增的我国,具有十分重要的战略意义.     

氢燃料电池汽车动力系统生命周期评价及关键参数对比

发展氢燃料电池汽车被认为是解决能源安全和环境污染问题的理想解决方案之一,为量化探究氢燃料电池汽车动力系统的化石能源消耗和排放情况,运用GaBi软件建模,以新能源汽车相关技术路线为参考,构建我国氢燃料电池汽车动力系统的数据清单并对其全生命周期化石能源消耗和全球变暖潜值情况进行定量评价计算和预测分析,对不同类型的双极板、不同能量控制策略和不同制氢方式对环境的影响分别进行了对比研究,并对关键数据进行了不确定分析.结果表明,预计到2030年我国每台氢燃料电池汽车动力系统生命周期的化石能源消耗量（ADP_f）、全球变暖潜值（GWP,以CO₂ eq计）和酸化潜值（AP,以SO₂ eq计）分别为1.35×10⁵ MJ、9108 kg和15.79 kg.动力系统生产制造阶段的化石能源消耗和全球变暖潜值均高于使用阶段,主要原因是燃料电池堆栈和储氢罐的制造过程.金属双极板、石墨复合双极板和石墨双极板的制造工艺中石墨复合双极板的综合环境效益最好.能量控制策略的优化会使得氢能消耗降低,当氢能消耗降低22.8%时,动力系统的生命周期化石能源消耗和全球变暖潜值分别降低10.4%和8.3%.相比于甲烷蒸气重整制氢,基于混合电网电解水制氢的动力系统生命周期全球变暖潜值高出53.7%[KG-*6],而基于水电电解水制氢降低39.6%.降低动力系统生命周期化石能源消耗和全球变暖潜值的措施包括优化能量控制策略降低氢能消耗、规模化发展可再生能源发电电解水制氢产业和聚焦突破燃料电池堆栈关键技术实现性能提升.     

氢能技术与氢能系统性能分析

氢能源大多是源于水而复归于水的洁净能源 ,而且氢气和液氢的燃烧值分别达 1.42× 10 8J/ kg和 1.2 0× 10 8J/ kg,分别是汽油的3.1倍和 2 .6倍 ,所以 2 0世纪 6 0年代以来 ,国际上在火箭和汽车技术上都先后用上了氢能源。氢气的制备方法有多种。常用电解法直接将水或水蒸气分解为氢气和氧气。对高温蒸汽 ,用 3度电可得 1m3标准氢气 ,约比电解水省电 1/ 3。也可用热解法制氢 ,即 3 0 0 0℃以上蒸汽分解为氢和氧 ;而近来已开发出在 10 0 0℃左右分解水的工艺。还有等离子体化学法 ,即在等离子体作用下 ,矿物燃料与水蒸气反应制得氢和一氧化…     

面向2035的节能与新能源汽车全生命周期碳排放预测评价

发展节能与新能源汽车是降低交通运输行业碳排放的重要技术路径.为量化预测节能与新能源汽车的全生命周期碳排放,利用全生命周期评价方法,以汽车相关技术路线和政策为参考,选取燃油经济性、整车轻量化水平、电力结构碳排放因子和氢能碳排放因子为关键参数,构建传统燃油汽车(ICEV)、轻度混合动力汽车(MHEV)、重度混合动力汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV)和燃料电池汽车(FCV)的数据清单并对其全生命周期碳排放进行量化预测评价,对电力结构碳排放因子和不同制氢方式碳排放因子进行了敏感性分析和讨论.结果发现,2022年ICEV、 MHEV、 HEV、 BEV和FCV的全生命周期碳排放量(以CO₂-eq计)分别为208.0、 195.5、 150.0、 113.5和205.0 g·km^-1.到2035年,BEV和FCV相比于ICEV具有较为显著的减碳效益,分别降低69.1%和49.3%.电力结构的碳排放因子对BEV的全生命周期碳排放的影响最显著.关于燃料电池汽车的不同制氢方式,短期应以工业副产氢提纯为主供应FCV氢能需求,长期以可再生能源电解水制氢和化石能源...     

电解水制氢技术进展

氢能清洁无污染，并且高效，可再生，被视为未来最有潜力的能量载体。在目前的各种制氢技术中，利用可再生能源所产生的电能作为动力来电解水是最为成熟和最有潜力的技术，是通向氢经济的最佳途径。简要介绍了碱性电解槽，聚合物薄膜电解槽，固体氧化物电解槽的基本原理，研究现状，并对有关问题和电解槽的现状，发展趋势作了讨论。     

氢经济开创绿色能源新时代

随着化石能源的枯竭及它刘我们赖以生存的环境带来的巨大污染等问题的出现,人类社会已经朝向绿色清洁高效的氢经济时代进军。本文介绍了氢经济的含义和背景;氢能源高效和环保的优点;介绍了制氢技术发展以及世界各国氢能研发状况;并针对我国的氢能研究现状提出了发展战略与刘策建议。     

河北邯郸经开区氢能产业发挥集群效应

<正>前不久,在河北邯郸经济技术开发区,占地180亩、总投资20亿元的氢能装备产业园项目破土动工。据了解,该项目分为氢能综合功能区和氢能产业园两大功能区,重点建设以制氢、储氢、运氢为一体的氢能装备产业制造基地。"邯郸氢能产业起步较早,氢能资源丰富、创新平台完善、氢能装备领先。"邯郸市委常委、宣传部长丁伟告诉记者,早在上世纪六七十年代,位于邯郸市的中船重工第718研究所就开展了制氢及相关技术的研究,目前多项技术世界领先。     

氢能产业发展现状及未来展望

针对氢能具有近乎零排放、易储藏运输及燃烧热值高等特点,在能源革命中被认为是最具发展潜力的清洁能源,对世界各国氢能源行业政策进行了动态分析。从制氢技术原理、优缺点和国内外发展现状等方面阐述了氢能产业链的情况,包括上游氢气制取、中游氢气储运和下游氢气应用的发展状况。结合调研情况,提出了目前氢能产业链中具有发展前景的技术方案,并给出了未来研究展望。     

德国绿氢发展战略及启示

德国联邦政府于2020年6月10日通过《国家氢能战略》(以下简称《战略》),将能源供应安全性、经济性和生态性与创新型和智能型的零碳能源产业模式相结合.在统筹本国能源供应和供求关系的基础上,依托国家能源战略跨部门的宏观布局,将发展绿氢作为《战略》的核心目标和方向,助力德国实现2050年的零碳能源转型.德国力图成为全球绿氢...     

中国氢燃料电池车燃料生命周期的化石能源消耗和CO2排放

氢燃料电池车(FCV)具有运行阶段高能效和零排放的优点,近年来得到快速的商业化发展.氢能生产具有多种技术路径,不同路径的能源和环境效益存在显著差异.本研究采用生命周期评价方法,运用GREET模型对不同氢燃料路径下的FCV燃料周期(WTW)的化石能源消耗和CO_2排放进行了全面评价.选取了多种制氢路径作为评价对象,建立了中国本地化的FCV燃料生命周期数据库,在此基础上分析了FCV相对传统汽油车的WTW节能减排效益,并和混合动力车和纯电动车进行比较.结果表明,使用可再生电力和生物质等绿色能源制氢供应FCV能取得显著的WTW节能减排效益,可削减约90%的化石能耗和CO_2排放.在发展相对成熟的传统能源制氢路径中,以焦炉煤气制得氢气为原料的FCV,能产生显著的节能减排效益,其化石能耗低于混合动力车,CO_2排放低于混合动力车和纯电动车.结合对资源储备和技术成熟度的考虑,我国在发展氢能及FCV过程中,近期可考虑利用焦炉煤气等工业副产物制氢,并且规划中远期的绿色制氢技术发展.     

生物膜法光发酵制氢的研究现状与展望

21世纪被誉为氢能世纪.光发酵制氢作为绿色可持续生物制氢方式的一种,可以利用独特的光合系统固定太阳能,并利用有机物产生清洁能源氢气,因而受到广泛关注.但光发酵细菌凝集力差、底物转化效率和光能利用率低导致产氢效能下降,从而阻碍了光发酵制氢的发展.光发酵细菌可以通过形成生物膜而被有效固定,进而增加反应器内光发酵细菌的生物持有量,提高光发酵细菌对不利环境的抵抗力;同时,光发酵细菌形成生物膜后可以调控产氢细菌新陈代谢和生理活性使其更利于产氢.其中,光发酵生物膜反应器的设计尤为重要,尤其是反应器内光源的均匀分配对于光发酵制氢是一项关键因素,需要对光源设计、空间摆放和遮光性进行综合分析和设计;其次,需要考虑载体性质和载体安装以充分吸附光发酵细菌并形成生物膜;同时,结合未来可持续绿色发展的需求,光发酵生物膜反应器设计需要逐步过渡到以室外环境作为常规环境和太阳作为光源.尽管光发酵生物膜制氢前景良好,但目前对于光发酵生物膜反应器和制氢机制的研究仍然不够充分,需要更加深入地探索和优化以突破光发酵制氢的瓶颈,推动氢能行业的发展.     

发酵制氢微生物与高效发酵途径的研究进展

近年来发酵生物制氢技术在国内外备受关注,如何确保稳定、持续、高效的产氢效率和产氢速率成为生物制氢研究的重要方向。文章结合国内外最新研究进展,从微生物发酵产氢的菌种种类、复合方式、固定方法,以及发酵制氢途径等方面进行阐述如何提高产氢效率和产氢速率,并对生物发酵制氢在未来的发展方向进行了分析和展望。     

基于LEAP模型的临港新片区中长期碳排放预测及减排潜力分析

基于上海临港新片区现有统计数据,结合其未来社会经济发展、产业结构和技术进步等,构建了LEAP-临港模型,分析了基准情景、低碳情景和强化低碳情景下新片区的能源需求和碳排放演化趋势.为增强模型的预测精准度,采用Logistic人口生长模型对临港未来人口数据进行预测,并利用学习曲线模型模拟相关减碳技术的成本发展趋势.同时,构建了碳减排技术的经济性评价模型,通过绘制边际减排成本曲线对典型减碳技术的经济成本及减排潜力进行评估.结果表明,强化低碳情景下,2060年临港新片区一次能源消费中可再生能源占比达69%,电能在终端能源需求中占比达91%;临港新片区可在2030年实现碳达峰,且2060年碳排放量相较基准情景下降94%.就减排贡献度而言,清洁能源替代、产业结构优化和终端能效提升对临港碳减排起到关键作用,中期（至2035年）分别贡献35.1%、27.3%和16.2%的碳减排量,长期（至2060年）分别贡献50.6%、8.75%和7.7%的碳减排量.就具体减碳技术而言,氢能发电、电解水制氢及碳捕获和利用与封存（CCUS）技术对实现净零排放意义重大,但减排成本相对较高.研究成果可为临港及相关地区的低碳绿色发展提供思路和借鉴.     

生物制氢系统及其产氢机制

讨论了光合成生物制氢系统、光分解生物制氢系统、水气交换反应生物制氢系统、光合-发酵杂交生物制氢系统和厌氧发酵生物制氢系统、离体氢酶生物制氢系统等6个生物制氢系统,并讨论了产氢机制。     

燃料电池汽车燃料储运方案经济性分析

综合案例研究结果，结合氢气、甲醇在不同储运方式时的成本，从固定设计成本、尾气排放、燃料价格、汽车造价4个方面比较了氢气、甲醇、汽油3种燃料电池汽车的经济性。结果表明：（1）直接氢燃料电池是燃料电池汽车的首选动力；（2）天然气重整制氢是目前氢燃料电池汽车获得燃料优先考虑的方式；（3）高压氢气、液氢是当前燃料电池汽车的首选燃料。     

发酵生物制氢反应器研究进展

发酵法生物制氢受到广泛关注。在发酵细菌制氢过程中,反应器的设计和运行模式对产氢量和产氢速率具有重要影响。暗发酵生物制氢反应器主要包括序批式制氢反应器和连续流制氢反应器,其中序批式制氢反应器操作简单和容易控制,主要用于实验室研究;从经济性和实用性的角度考虑,连续流制氢反应器是实现工程应用的关键。文章综述了影响发酵制氢的影响因素:菌种准备、环境条件、营养条件和一些其他因素等。并分析了几种常用连续流发酵制氢反应器类型及其应用状况。     

考虑区域特点和车型差异的氢燃料电池汽车全生命周期减碳预测分析

发展氢燃料电池汽车是我国实现“双碳”战略的重要路径之一,目前我国多个区域正在推广应用包括乘用车、客车以及重卡在内的氢燃料电池汽车,如何量化研究未来不同车型和不同区域的氢燃料电池汽车减碳潜力成为如今的研究热点之一.基于全生命周期的评价方法,考虑了未来的汽车燃油经济性、电力碳排放因子、氢能碳排放因子和氢燃料电池汽车推广规模及制氢方式的区域差异,量化评价了不同类型的氢燃料电池汽车（FCV）、传统燃油汽车（ICEV）和纯电动汽车（BEV）的全生命周期碳排放量（以CO₂当量计）,对比分析了氢燃料电池汽车在不同时间及不同区域的减碳潜力,并对百公里氢耗量进行了不确定性分析.结果发现,到2025年氢燃料电池客车的全生命周期碳排放比传统燃油客车降低36.0%,而氢燃料电池重卡相较于传统燃油重卡并没有减碳效益.随着未来我国氢能来源结构的不断优化,到2035年氢燃料电池重卡的全生命周期碳排放比传统燃油重卡降低36.5%,相较于乘用车和客车两种车型,其减碳效益是最明显的.以2035年京津冀示范群为例,随着百公里氢耗量降低20%,FCV乘用车、客车和重卡的减碳规模分别增加了7.29%、9.93%和19.57%.因此建议氢燃料电池汽车推广应短期以客车为主,长期以重卡为主,乘用车推广作为补充.分区域和分阶段推广氢燃料电池汽车更有助于推进我国汽车领域的低碳化进程.     

等离子体在能源环境领域中的应用研究进展

简要介绍了等离子体在能源环境领域的应用研究进展,在环境方面等离子体技术可实现无机及有机气态污染物脱除、废水处理以及固废的无害化,在能源领域可通过过程强化反应进行化学物质的分解及合成,如硫化氢分解制氢、合成过氧化氢、合成乙二醇、甲醇及烃类等.分别论述了等离子体技术在不同领域的特性优势,分析了在应用过程中面临的关键问题.最后提出,由于等离子体技术的交叉学科属性,使得该技术未来应用不仅需要多学科协作,还需解决特定应用领域等离子体反应器结构设计、等离子体物理特性调控以及等离子体效应优化等诸多工程问题.     

介质阻挡放电分解硫化氢制氢实验研究

使用夹套介质阻挡放电反应器对等离子体直接分解硫化氢制氢反应进行了研究,考察了反应器类型、放电气隙、放电频率、硫化氢浓度等因素对放电反应的影响。结果表明,夹套介质阻挡放电反应器能够持续稳定分解硫化氢生成氢气和硫黄。通过调控放电条件,在比能耗(SIE)为4.2 kJ/L时,氢气收率可达91.5%;较小的放电气隙、提高放电频率有利于硫化氢分解制氢反应;相同SIE条件下,随着H₂S在反应原料中浓度的增加,H₂收率逐渐降低。此外,结合等离子体中电子碰撞活化硫化氢机理分析,提出了介质阻挡放电条件下硫化氢分解制氢反应途径。     

日本氢能技术发展现状

为提高能源自给率、减少CO_2排放,日本将氢能列入"能源战略计划",并制定了"氢和燃料电池战略路线图"。介绍了日本加氢站的氢气来源和储运方式、家用燃料电池系统及其使用情况,以及日本在热化学水分解循环制氢、甲苯/甲基环己烷储氢系统、液氨储氢系统方面开展的研究,总结了氢气的危险特性。