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1、LOGO制氢技术简介制氢技术简介BITContents目前的能源结构与现状目前的能源结构与现状1太阳能利用的基本途径太阳能利用的基本途径2氢能经济缘起氢能经济缘起3氢能技术的难点氢能技术的难点4You can briefly add outline of this slide page in this text box.制氢技术简介制氢技术简介5相关公司和机构相关公司和机构 6一、目前的能源结构与现状一、目前的能源结构与现状世界能源主要依赖不可再生的化石资源；世界能源主要依赖不可再生的化石资源；我国能源结构面临经济发展和环境保护的双层压力；我国能源结构面临经济发展和环境保护的双层压力；氢氢能能
2、作作为为理理想想的的清清洁洁的的可可再再生生的的二二次次能能源源，其其形形成成的的关关键键是是廉廉价价的氢源；的氢源；太太阳阳能能资资源源丰丰富富、普普遍遍、经经济济、洁洁净净。太太阳阳能能光光分分解解水水技技术术可可望望获得廉价的氢气，还可就地生产。获得廉价的氢气，还可就地生产。其其其其煤煤石油石油天然气天然气其他其他中国中国石石油油煤煤天然气天然气其他其他世界世界 CxHy + O2 H2O + CO2 + SO2 + NOx 1、光、光-热转换热转换2、光电转换、光电转换 a) 光伏电池光伏电池 b) 光电化学电池光电化学电池 c) 染料敏化光电化学电池染料敏化光电化学电池3、光化学能转
3、换、光化学能转换二、太阳能利用的基本途径二、太阳能利用的基本途径光光 化学能转化化学能转化Fuels COSugarH OO222H2OOH22scMeSemiconductor/Liquid Junctions太阳能太阳能太阳能太阳能 水水 氢？氢？Photosynthesis氢能经济的构想氢能经济的构想Chrysler Natrium 车车(2001)三、氢能经济的缘起三、氢能经济的缘起1.如何实现大规模地廉价制氢？如何实现大规模地廉价制氢？制氢制氢2.如何经济、合理、安全地储存氢？如何经济、合理、安全地储存氢？储氢储氢3.如何高效率、低成本地利用氢？如何高效率、低成本地利用氢？利用氢利用
4、氢 四、氢能技术的难点四、氢能技术的难点1. 化石燃料制氢化石燃料制氢目前主要的制氢方法目前主要的制氢方法 成熟、廉价，但资源和环境问题并未解决 2. 生物质为原料制氢生物质为原料制氢 光合效率、水土面积、集中和储运成本等问题3. 水分解制氢水分解制氢 利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而，太阳能的收集、利用光化学、热化学和电化学方法制氢。然而，太阳能的收集、高品质热能和电能的产生方法，都是首先要解决的问题。高品质热能和电能的产生方法，都是首先要解决的问题。 五、制氢技术简介五、制氢技术简介合成氨：合成氨：50石油精练：石油精练：37甲醇合成：甲醇合成：8全球年产氢：全球年产氢：5000亿
5、亿Nm3化石燃料制氢化石燃料制氢占占96%(1) 甲烷重整甲烷重整(Steam Methane Reformation, SMR )1、化石燃料制氢、化石燃料制氢SMR反反应应利利用用有有机机物物高高温温下下与与水水的的反反应应，不不仅仅自自身身脱脱氢氢，同同时时将水中的氢解放出来。将水中的氢解放出来。此法也适于生物质制氢。此法也适于生物质制氢。五、制氢技术简介五、制氢技术简介(2) 天然气热解制氢天然气热解制氢将将天天然然气气火火焰焰在在裂裂解解炉炉加加热热到到1400，关关闭闭裂裂解解炉炉使使天天然然气气发发生生裂裂解解反反应应，产生氢气和碳黑。产生氢气和碳黑。裂裂 解解 炉炉CH4H2碳
6、黑碳黑甲烷的部分氧化：甲烷的部分氧化： CH4+O2 CO(g)+H2(g)五、制氢技术简介五、制氢技术简介(3) 煤汽化：煤汽化： C(s)+H2O(g) CO(g)+H2(g)(4) 重油部分氧化重油部分氧化CnHm+O2 CO（g）+H2（g） CnHm+H2O CO（g）+H2（g）H2O+CO CO2（g）+H2（g）五、制氢技术简介五、制氢技术简介2、电解水制氢、电解水制氢 正极：正极： 2OH H2O + O2 + 2e = 0.401V 负极：负极： 2H2O + 2e 2OH + H2 =0.828V 理论分解电压理论分解电压1.23V，每每1Kg氢电耗为氢电耗为 32.9
7、KWh 。实际为。实际为46.8KWh。 (1) 碱性水溶液电解碱性水溶液电解2OH- H2O O2+2e2H2O+2e 2OH- + H2采用采用Ni或或Ni合金电极，效率合金电极，效率75SPE电解水技术的主要问题是质子交电解水技术的主要问题是质子交换膜和电极材料的价格昂贵。换膜和电极材料的价格昂贵。 (2) 质子膜电解水发生器质子膜电解水发生器隔膜隔膜:全氟磺酸膜全氟磺酸膜(Nafion)阴极阴极:Pt黑黑阳极阳极:Pt、Ir等的等的合金或氧化物合金或氧化物3、生物质制氢、生物质制氢五、制氢技术简介五、制氢技术简介(1) 生物质能的特点生物质能的特点 可再生性可再生性，生物质能通过植物光
8、合作用再生，可保证其永续利用；，生物质能通过植物光合作用再生，可保证其永续利用；低低污污染染性性，生生物物质质硫硫、氮氮含含量量低低、燃燃烧烧生生成成SO2等等较较少少，生生长长时时所所需需CO2相当于排放量，因而相当于排放量，因而CO2净排放量近似于零，可减轻温室效应；净排放量近似于零，可减轻温室效应；广泛分布性，广泛分布性，缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能；总量十分丰富总量十分丰富，仅次于煤炭、石油和天然气。，仅次于煤炭、石油和天然气。 (2) 生物制氢技术生物制氢技术藻类和蓝细菌光解水；藻类和蓝细菌光解水；光合细菌光分解有机物；光合细菌光分解有机物；
9、有机物发酵制氢；有机物发酵制氢；光合微生物和发酵性微生物的联合运用光合微生物和发酵性微生物的联合运用 生物质热解或气化制氢。生物质热解或气化制氢。生物质热解或气化制氢。生物质热解或气化制氢。(3) 生物质制氢两大途径生物质制氢两大途径热热化化学学分分解解过过程程包包括括高高温温气气化化或或中中温温热热分分解解以以及及加加水水分分解解等等，先得到含先得到含CO和和H2的气体，进一步转化为氢气。的气体，进一步转化为氢气。生生物物过过程程包包括括: 1）厌厌氧氧发发酵酵产产生生甲甲烷烷为为主主的的气气体体然然后后加加工工为为氢氢气气；2）利利用用某某些些微微生生物物(如如绿绿藻藻)的的代代谢谢功功能
10、能，通通过过光光化化学学分分解解反应产生氢。反应产生氢。热化学分解过程技术基本成熟，将实现工业生产。热化学分解过程技术基本成熟，将实现工业生产。生生物物过过程程适适合合做做民民用用燃燃料料，大大规规模模制制氢氢不不经经济济，处处于于基基础础研研究究阶段。阶段。五、制氢技术简介五、制氢技术简介半导体光半导体光催化制氢催化制氢Z-型体系型体系光催化法光催化法悬浮体系悬浮体系光催化法光催化法光电化学光电化学体系制氢体系制氢五、制氢技术简介五、制氢技术简介M.Gratzel, et al, Nature, 1991, 353: 737; Nature,1998, 395: 583; S.U.M. Kh
11、an, et al, Science, 2002, 297: 2243; Z.G.Zou, et al., Nature, 2001, 414, 625. 4、光催化制氢体系、光催化制氢体系 光催化制氢的关键科技难题光催化制氢的关键科技难题新型、高效新型、高效光催化材料光催化材料效率低效率低逆反应逆反应载流子复合载流子复合太阳光利太阳光利用率低用率低光量子产率光量子产率低低(约约4 %)能级能级不匹配不匹配五、制氢技术简介五、制氢技术简介太阳光谱图太阳光谱图太阳光谱图太阳光谱图设计在可见区内有强吸收半导体材料是高效利用太阳能的关键设计在可见区内有强吸收半导体材料是高效利用太阳能的关键UV Vi
12、sible Infrared48%48%5%5%683 1.80eV400 3.07eV 光催化制氢的关键科技难题光催化制氢的关键科技难题五、制氢技术简介五、制氢技术简介五、相关机构五、相关机构The Mountain States Hydrogen Business Council (MSHBC)德国氢与燃料电池协会 The German Hydrogen and Fuel Cell Association (DWV)国际氢经济合作组织 The International Partnership for the Hydrogen Economy国际氢能协会加拿大氢和燃料电池工业协会美国国家氢协会美国能源部: 氢, 燃料电池与基础设施技术项目美国氢能协会The American Hydrogen Association (AHA)美国氢与燃料电池研发信息中心Hydrogen.gov欧洲氢协会天津市大陆制氢设备有限公司A公司氢燃料电池专题Accentus公司氢经济专题Airgas公司氢燃料供应Alchemix公司氢技术AQWON发动机公司氢能系统ARIEMA公司氢与燃料电池技术Aries Ingeniera 公司Avlence公司燃料处理技术Shell公司氢子公司Babcock-Hitachi公司BOC集团氢气供应The BOC Group五、相关公司五、相关公司LOGO
