氫氣的儲(chǔ)存電能比電池儲(chǔ)存成本更低,而且電池儲(chǔ)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(chǔ)存能量方式。
這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)開始在家用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用,也就是利用氫氣和氧氣之間的放熱反應(yīng)不僅可以供暖還可以供電。目前日本小型家用設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)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(gè)項(xiàng)目中松下和東京燃?xì)庖约皷|芝和京瓷公司都已經(jīng)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(shù)的未來關(guān)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(yīng)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(nóng)作物、木材等碳水化合物材料。我國(guó)在生物制氫上也取得了很大的進(jìn)步,但焦點(diǎn)主要集中在產(chǎn)氫酶上。
目前的研究大多集中在純細(xì)菌和細(xì)胞固定化技術(shù),如產(chǎn)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(fā)酵細(xì)菌的產(chǎn)氫速率最高,而且對(duì)條件要求最低,具有直接應(yīng)用前景;而光合細(xì)菌產(chǎn)氫的速率比藻類快,能量利用率比發(fā)酵細(xì)菌高,且能將產(chǎn)氫與光能利用、有機(jī)物的去除有機(jī)地耦合在一起,因而相關(guān)研究也最多,也是具有潛在應(yīng)用前景的一種方法。非光合生物可降解大分子物質(zhì)產(chǎn)氫,光合細(xì)菌可利用多種低分子有機(jī)物光合產(chǎn)氫,而藍(lán)細(xì)菌和綠藻可光裂解水產(chǎn)氫,依據(jù)生態(tài)學(xué)規(guī)律將之有機(jī)結(jié)合的共產(chǎn)氫技術(shù)已引起人們的研究興趣。
混合培養(yǎng)技術(shù)和新生物技術(shù)的應(yīng)用,將使生物制氫技術(shù)更具有開發(fā)潛力。
太陽(yáng)能
太陽(yáng)能制氫主要取決于光,而對(duì)光的應(yīng)用在主要在光、熱、電等幾個(gè)方面。在光參與的絕大多數(shù)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(yáng)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(shè)備,通過水在3000K(熱力學(xué)溫度,約為2727℃)下的不穩(wěn)定性將水分解成氫氣和氧氣,分解效率較高,但集光設(shè)備費(fèi)用高昂。當(dāng)然,現(xiàn)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(yáng)能發(fā)電,再電解水制氫。這個(gè)方法存在一個(gè)變種,即先進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng),再進(jìn)行熱化學(xué)反應(yīng),最后再進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)即可在較低溫度下獲得氫和氧。這種方法為大規(guī)模利用太陽(yáng)能制氫提供了實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),其關(guān)鍵是尋求光解效率高、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉的光敏催化劑。
此外太陽(yáng)能制氫還有光電化學(xué)反應(yīng)制氫,其主要依據(jù)特殊的化學(xué)電池,另外還有模擬植物光合作用分解水制氫,該技術(shù)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(yáng)能和核能制氫外,從生物質(zhì)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(zhì)和有機(jī)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(huán)使用。
小結(jié):
當(dāng)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(gè)制氫技術(shù)中,越遠(yuǎn)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(huì)大量使用并依賴石化燃料制氫的方式。