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氢能的优缺点
作者:官方 来源:互联网 所属栏目:基础知识 发布时间:2021-05-10 11:26
[ 导读 ]宇宙由多种成分的混合物组成。每个组成部分在世界构成中都起着至关重要的作用。宇宙中最丰富的成分包括氢、 氮和氧。氢是最普遍...

什么是氢能?

宇宙由多种成分的混合物组成。每个组成部分在世界构成中都起着至关重要的作用。宇宙中最丰富的成分包括氢、 氮和氧。氢是最普遍的组成部分,占宇宙的75%,它在生命的可持续性中发挥着更大的作用。除了帮助其他不同的生物生存之外,还可以利用氢来产生能量。

氢几乎存在于所有植物中,也自然存在于水中。尽管太阳中氢气的百分比更高,但该气体太轻,以至于在由阳光传播时,它实际上已从地球表面消失。因此,为了有效地获得氢气,必须从水、天然气或生物质中加以利用 。

氢是所有地球元素中最基本的元素。

氢原子由一个质子和一个电子组合而成。因此,它非常丰富,但实际上并不是作为一种单独的物质形式存在的。

相反,它通常与其他元素结合在一起。要从其伴随物质中分离出氢气,需要付出很多努力,但它会产生强大而近乎清洁的能源。作为气体,它可以用在燃料电池中为发动机提供动力。

氢气是通过一种称为电解的技术从水中提取的,该技术涉及在水中流过大电流以分离氢和氧原子。电解过程非常昂贵,因为它涉及高能量消耗。

电解过程中用于发电的能量来自化石燃料,例如石油、天然气或煤炭。还可以利用太阳能,风能和水力发电等可再生能源来确保没有温室气体排放。

通过这种方法获得一定量的氢气仍在研究中,以建立一种可行的以相对较低的成本在国内生产氢气的方法。

氢气提取的另一种方法是蒸汽-甲烷重整或蒸汽提取,这需要将甲烷中的氢原子与碳原子分离。这是用于大量获取氢气的当前技术。蒸汽-甲烷重整的不利之处在于,它会向大气排放大量温室气体, 例如二氧化碳和一氧化碳,这是造成全球变暖的根源。

为了从氢气中获得电能,它被输送到燃料电池,并在其中与氧气结合,结果是发生化学反应,产生电能和热量。氢气也可以燃烧以驱动车辆发动机。该化学反应的副产品是水和碳,用于生产甲烷和煤。

氢能的优缺点

氢气的各种用途

氢是氯碱工业的副产品。早先,它部分地用于非能源应用,而平衡部分则是向外张开或排空到大气中。目前,副产物氢被用于生产化学品和俘获(主要是能源)应用。

氢气用于非能源用途,例如在化肥工业和炼油厂中。还开发并展示了用氢气为燃料的小型发电机组,燃料电池客车,三轮车,两轮车(摩托车)以及催化燃烧系统。

氢能的优势

1.它是可再生能源,供应充足

氢由于多种原因是一种丰富的能源,主要是因为它的供应丰富。利用它可能需要大量资源,但没有其他能源像氢一样无限。从根本上讲,这意味着它不可能像其他能源一样耗尽。

2.大量本地产生氢气的来源

氢气可以在现场使用或集中生产,然后再分配。氢气可以由甲烷,汽油,生物质,煤或水产生。诸如污染量,技术挑战和能源需求之类的因素取决于所使用的来源。

3.实际上是一种清洁能源

当氢气燃烧产生燃料时,副产物是完全安全的,这意味着它们没有已知的副作用。航空公司实际上使用氢作为饮用水源。氢气被利用后,通常会转化为船上或太空站的宇航员的饮用水。

4.氢能无毒

它是一种无毒物质,很少用于燃料。这意味着它对环境友好,不会对人体健康造成任何伤害或破坏。

与其他燃料来源(如核能, 天然气)相比,这方面是首选 ,它们极度危险或难以安全利用。它还允许在不允许使用其他形式燃料的地方使用氢气。

5.氢气的使用大大减少了污染

当氢与燃料电池中的氧气结合时,会产生电能,该电能可用于为车辆提供动力或驱动电动机作为热源,并用于许多其他用途。当它与氧气结合时,唯一的副产物是水和热量,这是使用氢气作为能量载体的优势。

在生产过程中使用可再生能源(例如水或太阳能)时,使用氢燃料电池不会释放二氧化碳和其他温室气体或其他微粒。

6.比其他能源效率更高

氢气是一种有效的能源类型,因为与柴油或汽油相比,它每磅燃料都能传递大量能量。从根本上讲,这意味着与使用等量汽油的汽车相比,利用氢能的汽车将行驶更多的里程。

例如,与通常以33%至35%的效率发电的常规基于燃烧的发电厂相比,氢燃料电池能够以高达65%的效率发电,容量约为后者的三倍。

7.用于为太空飞船提供动力

氢能的效率和功率使其成为宇宙飞船的理想燃料来源。它的功率是如此之高,以至于它能够迅速将飞船发射到探索任务中。

这也是执行这种能源密集型任务的最安全的能源形式。实际上,氢能的强度是汽油和其他基于化石的燃料的3倍。理想情况下,这意味着您需要更少的氢气来完成一项繁重的任务。

它还为飞机,轮船,汽车以及便携式和固定式燃料电池应用提供动力。在汽车中使用氢气的不利之处在于,实际上很难将其存储在低温或高压储罐中。

8.可持续生产系统

电解是将水分离为氢和氧的方法。在这种情况下,可再生能源可用于为电解池提供动力,以从水中产生氢气,从而提供独立于石油产品的可持续系统,并且无污染,不产生排放。用于为电解池供电的一些可再生资源是风能,水能,太阳能和潮汐能。

在电解器中产生氢气后,可将其用于燃料电池中以发电。燃料电池过程中产生的副产物是水和热量。如果燃料电池在高温下运行,则可以将系统设置为热电联产发电机,并将废热用于加热。

氢能的缺点

尽管氢能具有许多令人钦佩的好处,但对于大多数政府和公司而言,氢能并不是真正可取的,清洁且廉价的能源。在气态下,它非常易挥发。

尽管它的挥发性使它在完成众多任务方面比其他能源更具优势,但同样会使其使用和解决方法存在风险。氢能的一些缺点包括:

1.氢能源价格昂贵

电解和蒸汽重整是氢提取的两个主要过程,非常昂贵。这是其在全球范围内未得到广泛使用的真正原因。如今,氢能主要用于为大多数 混合动力汽车提供动力。

需要大量的研究和创新才能发现廉价和可持续的方式来利用这种形式的能源。在此之前,氢能将仅保留给富人。

2.储存并发症

氢性质之一是它具有较低的密度。实际上,它的密度比汽油小得多。这意味着必须将其压缩为液态,并在较低的温度下以相同的方式存储,以确保其作为能源的有效性和效率 。

该原因也解释了为什么必须始终在高压下存储和运输氢气,这就是为什么运输和普遍使用远非可行的原因。

3.它不是最安全的能源

氢的功率绝对不应被低估。尽管汽油比氢危险一些,但氢是高度易燃和易挥发的物质,经常引起人们对其潜在危险的关注。与气体相比,氢气缺乏气味,这使得几乎不可能进行泄漏检测。要检测泄漏,必须安装传感器。

4.棘手的四处走动

由于氢的轻巧,运输氢是一项艰巨的任务。石油可以安全运输,因为它大部分是通过管道推动的。

煤炭可以方便地用自卸车运输。当考虑大量运输氢时,氢也带来了挑战,这就是为什么氢主要只以小批量运输的原因。

5.取决于化石燃料

氢能是可再生的,对环境的影响最小,但是将其与氧气分离需要其他不可再生的资源,例如煤,石油和天然气。生产氢燃料仍需要化石燃料。


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