氫氣的儲存電能比電池儲存成本更低,而且電池儲存電能僅僅短期有效而且電能流失較多,能量密度較小,成本較高,所以電解水將成為未來一種新的儲存能量方式。
這項技術已經開始在家用熱電聯產系統中應用,也就是利用氫氣和氧氣之間的放熱反應不僅可以供暖還可以供電。目前日本小型家用設備已經出現了固體高分子燃料電池PEFC和固體氧化物燃料電池SOFC兩種類型。這個項目中松下和東京燃氣以及東芝和京瓷公司都已經開始投入,目前主要的工作集中在降低PEFC和SOFC的成本。
電解水技術的未來關系到可再生能源,如果能找到有效的催化劑以及更好的反應方式,可再生能源制氫的前景將十分樂觀。
生物制氫
目前生物制氫尚在初步階段,也不成熟,主要依靠農作物、木材等碳水化合物材料。我國在生物制氫上也取得了很大的進步,但焦點主要集中在產氫酶上。
目前的研究大多集中在純細菌和細胞固定化技術,如產氫菌種的篩選及包埋劑的選擇等。在上述生物制氫方法中,發酵細菌的產氫速率最高,而且對條件要求最低,具有直接應用前景;而光合細菌產氫的速率比藻類快,能量利用率比發酵細菌高,且能將產氫與光能利用、有機物的去除有機地耦合在一起,因而相關研究也最多,也是具有潛在應用前景的一種方法。非光合生物可降解大分子物質產氫,光合細菌可利用多種低分子有機物光合產氫,而藍細菌和綠藻可光裂解水產氫,依據生態學規律將之有機結合的共產氫技術已引起人們的研究興趣。
混合培養技術和新生物技術的應用,將使生物制氫技術更具有開發潛力。
太陽能
太陽能制氫主要取決于光,而對光的應用在主要在光、熱、電等幾個方面。在光參與的絕大多數制氫途徑中均有水的參與,還是依循水的電解和分解過程。
太陽熱分解水可以直接將水熱分解,只是需要采用比較大型的集光設備,通過水在3000K(熱力學溫度,約為2727℃)下的不穩定性將水分解成氫氣和氧氣,分解效率較高,但集光設備費用高昂。當然,現在可以在水中加入催化劑,使水在1000K(約為727℃)左右就可以完成分解。
也可以先利用太陽能發電,再電解水制氫。這個方法存在一個變種,即先進行光化學反應,再進行熱化學反應,最后再進行電化學反應即可在較低溫度下獲得氫和氧。這種方法為大規模利用太陽能制氫提供了實現的基礎,其關鍵是尋求光解效率高、性能穩定、價格低廉的光敏催化劑。
此外太陽能制氫還有光電化學反應制氫,其主要依據特殊的化學電池,另外還有模擬植物光合作用分解水制氫,該技術尚處在起步階段。最后一種則是光合微生物制氫,利用江河湖海中的某些藻類制氫。
除了利用太陽能和核能制氫外,從生物質中制氫也正在大力研究之中。目前采用的方法是,利用生物質和有機廢料中的碳素材料與溴及水在250℃下作用,形成氫溴酸和二氧化碳溶液,然后再將氫溴酸水溶液電解成氫及溴,溴再循環使用。
小結:
當然除去上面提到的幾種制氫方法還有其余的方式,比如氨制氫等。可以說,在整個制氫技術中,越遠離低碳的制氫方式,將越來越受到青睞,而在前期氫能源的普及過程中,還是會大量使用并依賴石化燃料制氫的方式。

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