用液态氢代替液态天然气,直接烧氢气岂不是比做成氢燃料简单?为何非要氢燃料电池?

西格玛的化学


作为汽车新能源的应用行业,目前比较火爆的是氢燃料电池汽车,很多大的投资都进入了这个行业。氢气可像天然气那样直接用于发动机,它燃烧后生成水,不排放CO、HC、CO2,是非常干净的燃料。

1.氢气用作汽车能源的主要优点

(1)来源非常丰富。氢是宇宙中含量最丰富的元素之一。氢可由水电解而成,水的资源极其丰富。也可以以天然气、煤、硫化氢为原料制取。

(2)污染很少。

(3)热效率高。

2.氢气用作汽车能源的主要问题

(1)成本高。地球上氢气储量固然丰富,但以目前的技术,制取氢的成本太高。

(2)储带不便。氢气在汽车上的储带十分不便。

(3)动力性较差。

氢气作为汽车燃料是合理的,它的前景取决于制氢方法、携带技术有无突破性进展。氢气还是燃料电池的燃料。

这就涉及到氢的理化性质方面。

常温常压下,氢气是一种极易燃烧,无色透明、无臭无味且难容于水的气体。氢气是世界上已知的密度最小的气体,氢气的密度只有空气的1/14,即在0℃时,一个标准大气压下,氢气的密度为0.0899 g/L。氢气是密度最小的气体。空气平均密度为29,而氢气只有2。氢气会上浮到高层大气,在高压环境下,氢气会自燃。因此在自然界空气中存在氢气是很困难的。

既然有这么好的燃料,自然界又很少存在,用什么办法来获取呢?

工业上一般从天然气或水煤气制氢气,而不采用高耗能的电解水的方法。制得的氢气大量用于石化行业的裂化反应和生产氨气。氢气分子可以进入许多金属的晶格中,造成“氢脆”现象,使得氢气的存储罐和管道需要使用特殊材料(如蒙耐尔合金),设计也更加复杂。2018年2月,中国实现氢气的低温制备和存储,荣获科技部2017年度中国科学十大进展。

氢气的储存:由于氢气是一种易燃易爆的气体,难液化,储存和运输不方便也不安全。如何储存氢气是氢能源开发研究的又一关键问题。目前,人们发现某些金属合金如Ti—Fe、Ti—Mn、La—Ni等具有储氢功能。其中La—Ni合金在常温、0.152MPa下就能放出氢气,已用于氢能汽车和燃料电池中氢气的储存,新型储氢型合金材料的研制和实际应用对氢能源开发具有重要意义。

基于多种因素的考虑,现在暂时不用氢气做燃料,不过相信在不远的将来,会克服种种难题,找到解决的办法。


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直接燃烧氢气本身没有技术问题,但在实际使用中“燃料氢气”的存放、运输、加氢站的建设在非常大的安全、技术问题,众所周知氢气是非常容易被引爆的.

目前已开发的氢燃料电池中氢气是附着在某些基质上的,并不以单质的气态或液态方式存在,这种基质对氢气的吸收和释放都相对缓和,从而取得良好的安全性.

比方讲:水在常温、常压下是液态,可以用罐子装着运,假如罐子破了,水流一地就没用了(如果换成氢气就是重大安全隐患),但如果运输中水是被保存在某些大分子吸水材料中(比如尿不湿里用的那种),那就安全多了.


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用液态氢替代汽油和液化气作为汽车的燃料也是化学燃烧方式无非是燃烧后的氢变成水无污染,而用燃料电池作为汽车能源是将氢变成电能来驱动汽车,氢来于水通过电解方式从水中提取氢,而氢燃料电池是将氢还原为水这就会产生能量‘电力’推动汽车前行,因此氢燃料电池实则上就是一台以氢为燃料的发电机,由于电能没有燃油气发动机作功时的机械磨擦的阻力因此更高效,也是继火力,水力,风力,太阳能,潮汐发电后的一种新的发电方式,也是今后发展的方向。


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概念搞错了。天然气是天然的,不是人工合成的。天然气在自然界大量存在,成本低。氢燃料电池是将氢气和氧气的化学能直接转换成电能的发电装置。其基本原理是电解水的逆反应,把氢和氧分别供给阳极和阴极,氢通过阳极向外扩散和电解质发生反应后,放出电子通过外部的负载到达阴极。

电池的作用是提供电力,电力是通用能源,你燃烧氢气,产生的是热能,不是电能。燃烧天然气,是让天然气的热能转化为动能,驱动汽车。如果你的汽车是电动汽车,当然就不需要天然气做燃料了。


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这个液态氢气在技术上有点难度,这个和液化气就不一样。当然可以选择采用高压氢气瓶作为燃料电池的储备源。电驱动和燃气发动机在结构上区别很大,电驱动是时代发展和科技进步的产物。也未来地面和航天航空发展的方向。


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