能源是人类活动的物质基础,在某种意义上,人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。

按照能源的发展趋势预测,氢能将是重要的能源形式。从全球氢能产业发展来看,氢能开发利用进入商业化应用阶段,已在交通、发电、航天等领域实现氢能及燃料电池技术产业化突破,其中燃料电池电堆成本、功率、可靠性、耐久性及环境适应性等指标已达到商业化应用水平。

氢气的来源比较广泛,主要有化石能源制氢、含氢物质制氢、化工副产物氢气回收、太阳能和风能制氢。化石能源制氢包含煤气化制氢、天然气重整制氢和甲醇裂解制氢,含氢物质制氢包含水电解制氢、氨分解制氢和硼氢化钠水解制氢,化工副产物氢气回收包含烧碱、焦炭和轻油裂解等。

但由于氢是二次能源,需要利用一次能源来生产。以可持续的方式(原料来源丰富、无温室气体排放)实现氢的大规模生产是实现氢广泛利用的前提。因此制氢技术是关键,而就目前技术来说,与传统的化石燃料制氢工艺相比较,水电解制氢和核能制氢受到的关注比较高。

水电解制氢是将经过提纯的水注入通有直流电的电解槽中,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气,气体通过调节阀控制输出,送入储罐中。水电解制氢的成本在于电能,如果有较便宜的电能,将大幅降低制氢成本。水电解制氢能够得到高纯度的氢气,将降低后续的使用成本。

核能制氢就是将核反应堆与先进制氢工艺耦合,进行氢的大规模生产。核能制氢具有不产生温室气体、以水为原料、高效率、大规模等优点。随着技术和工艺的不断发展,核能制氢技术有望成为未来大规模制氢的重要技术选择。

但对于核制氢工艺来说,目前还不像水电解制氢技术那么成熟,还面临着多种制约。安全性也是制约核能制氢的一个因素,氢气是世界上已知的密度最小的气体,且极易燃烧,保证与核电偶联的设备在氢运输等相关过程中的安全,是需要突破的重点和难点。

氢能被视作未来的理想替代能源。从长远来看,可以在高碳排放的工业和电力领域替代煤炭、天然气等化石燃料,特别是在交通领域,氢能燃料电池在替代燃料与零排放方面具有无可比拟的优势。但目前,这都需要我们在对其工艺过程不断研究创新,相信不久的将来,我们都能用上干净清洁的氢能。

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作者: 邢紫巍