《新知識圖書館》叢書是一套自然科學類叢書，囊括人類科技多個領域等一系列新知識、新技術的套用情況，為青少年朋友了解推動當今人類社會發展的動力提供了方便，同時也為新知識和新技術的傳播作出了貢獻。《能源新希望——氫能》就是該系列叢書之一，內容包括：走進氫世界，理想的新能源，氫能的套用。 《能源新希望——氫能》由王建國編著。
基本介紹
- 書名：新知識圖書館:能源新希望•氫氣
- 類型：科技
- 出版日期：2012年4月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：9787811417241
- 作者：王建國
- 出版社：安徽師範大學出版社
- 頁數：153頁
- 開本：16
- 定價：16.90
內容簡介,圖書目錄,文摘,後記,序言,
內容簡介
氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續的新能源，被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源，是人類的戰略能源發展方向。世界各國如冰島、中國、德國、日本和美國等國家在氫能交通工具的商業化的方面已經出現了激烈的競爭。我們有理由相信，在將來，氫能，就像陽光一樣將照亮世間每一個角落，影響我們的生活。
下面，就讓我們翻開《能源新希望——氫能》一書，跟隨作者王建國一起去了解這種新能源吧。
下面，就讓我們翻開《能源新希望——氫能》一書，跟隨作者王建國一起去了解這種新能源吧。
圖書目錄
走進氫世界
認識氫
氫的存在方式
氫有哪些性質
誰發現了氫
傳統制氫技術
制氫新方法
存儲氫氣的方式
如何純化氫氣
如何安全儲運氫氣
理想的新能源
開啟能源新時代
人類永恆的能源
巨大的能量：氫與核聚變
氫彈：氫能威力的見證
國外對氫能的研究
中國對氫能的研究
氫能的未來
氫能的套用
氫與燃料電池
燃料電池的發展
作為燃料的氫能
引人關注的微型燃料電池
氫能汽車
氫能汽車的發展
用途廣泛的氫能
後記
認識氫
氫的存在方式
氫有哪些性質
誰發現了氫
傳統制氫技術
制氫新方法
存儲氫氣的方式
如何純化氫氣
如何安全儲運氫氣
理想的新能源
開啟能源新時代
人類永恆的能源
巨大的能量：氫與核聚變
氫彈：氫能威力的見證
國外對氫能的研究
中國對氫能的研究
氫能的未來
氫能的套用
氫與燃料電池
燃料電池的發展
作為燃料的氫能
引人關注的微型燃料電池
氫能汽車
氫能汽車的發展
用途廣泛的氫能
後記
文摘
根據這種分析，毛何匡和赫姆利開始了實驗。他們取來純度很高的氫氣，放在一個能承受極高壓力的金剛石之間的密閉裝置內，在-196℃的低溫下逐漸加壓到250萬個大氣壓。結果發現氣態氫從透明狀態逐漸變成了褐色，最後變成為有光澤的不透明固體，導電性也發生了變化，由絕緣逐漸變成半導體，進而變成為導電體。於是他們於1989年5月初在美國地球物理協會上報告了這項實驗成果。
但兩年後有人對這一結果表示懷疑。美國科內爾大學的阿瑟·勞夫和克雷格·范德博格認為，毛何匡的實驗容器內含有紅寶石粉末，紅寶石的主要成分是氧化鋁。勞夫和范德博格認為，可能是氧化鋁和氫氣在高壓下形成鋁金屬，而不是真正的金屬氫。而且，毛何匡以後也沒有再報導過研究金屬氫的進展情況。
可見，製造金屬氫的難度有多大，人們估計，有可能需要幾代人的努力才能取得突破性進展。目前，美國、俄羅斯和日本等國都宣布過用高壓技術觀察到了金屬氫的現象，但在壓力卸除後金屬氫又變成了普通的氫氣。因此，儘管金屬氫對人們有巨大的吸引力，但在常壓下要得到穩定的金屬氫，還要攻克許多難關。
不過，持樂觀態度的科學家認為，這個問題總有一天會解決，因為石墨在高溫、高壓下變成金剛石後，就能在常溫下長期穩定地存在。因此，儘管困難重重，科學家們仍以堅韌不拔的毅力在從事金屬氫的研究。
毛何匡和赫姆利還認為，研究金屬氫有兩方面的意義：一是金屬氫有希望成為高溫超導體，還能做核聚變的燃料，即高能量密度而無污染的能源；二是金屬氫的研究還有助於解決理論物理和天體物理中存在的一些長期未能解決的問題，例如天文學家在觀察太陽系的土星、木星、天王星和海王星這些天體時，發現有金屬氫核心，他們非常希望知道，在多高的壓力和溫度下氫會變成金屬氫。
一旦金屬氫問世，就如同以前蒸汽機的誕生一樣，將會引起整個科學技術領域的一場劃時代的革命。
金屬氫是一種亞穩態物質，可以用它來做成約束電漿的“磁籠”，把熾熱的電離氣體“盛裝”起來，這樣，受控核聚變反應使原子核能轉變成了電能，而這種電能既是廉價的也是乾淨的，在地球上就會很方便地建造起一座座“模仿太陽的工廠”，人類將最終解決能源問題。
金屬氫又是一種室溫超導體，它將甩掉背在超導技術“身上”的低溫“包袱”。超導材料是沒有電阻的優良導體，但現在已研製成功的超導材料的超導轉變溫度多在-250℃左右，這樣的低溫工作條件，嚴重地限制了超導體的套用。金屬氫是理想的室溫超導體，因此可以充分顯示它的魅力。
用金屬氫輸電，可以取消大型的變電站而輸電效率在99%以上，可使全世界的發電量增加1/4以上。如果用金屬氫製造發電機，其重量不到普通發電機重量的10%，而輸出功率可以提高几十倍甚至上百倍。
金屬氫還具有重大的軍用價值。現在的火箭是用液氫作燃料，因此必須把火箭做成一個很大的熱水瓶似的容器，以便確保低溫。如果使用了金屬氫，就可以製造更小而又十分靈巧的火箭。金屬氫套用於航空技術，就可以極大地增大時速，甚至可以超過音速許多倍。由於相同質量的金屬氫的體積只是液態氫的1/7，因此，由它組成的燃料電池，可以很容易地套用於汽車，那時，城市就會變得非常清潔、安靜。
金屬氫內儲藏著巨大的能量，比普通TNT炸藥大30～40倍。因此，金屬氫聚變時釋放的能量要比鈾核裂變大好多倍。伴隨著金屬氫的誕生必將會產生比氫彈威力大好多倍的新式武器。
目前，世界上的高壓實驗室已達100多個。我國已研製成功了能產生100萬個標準大氣壓的壓力機。我國成功研製的“分離球體式多級多活塞組合裝置”能產生200萬個標準大氣壓。近年來，中國等幾個國家宣布已在實驗室內研製成功了金屬氫，這是人類在研究金屬氫的道路上邁出的可喜的一步。而要使金屬氫大規模投入工業生產，還有相當大的困難。但它已有力地推動和促進了超高壓技術、超低溫技術、超導技術、空間技術、雷射以及原子能等20多門科學技術向著新的深度發展。
從理論上來看，在超高壓下得到金屬氫確實是可能的。不過，要得到金屬氫樣品，還有待科學家們進一步研究。
金屬氫的出現是當代超高壓技術創造的一個奇蹟，也是目前高壓物理研究領域中一項非常活躍的課題。
P12-14
但兩年後有人對這一結果表示懷疑。美國科內爾大學的阿瑟·勞夫和克雷格·范德博格認為，毛何匡的實驗容器內含有紅寶石粉末，紅寶石的主要成分是氧化鋁。勞夫和范德博格認為，可能是氧化鋁和氫氣在高壓下形成鋁金屬，而不是真正的金屬氫。而且，毛何匡以後也沒有再報導過研究金屬氫的進展情況。
可見，製造金屬氫的難度有多大，人們估計，有可能需要幾代人的努力才能取得突破性進展。目前，美國、俄羅斯和日本等國都宣布過用高壓技術觀察到了金屬氫的現象，但在壓力卸除後金屬氫又變成了普通的氫氣。因此，儘管金屬氫對人們有巨大的吸引力，但在常壓下要得到穩定的金屬氫，還要攻克許多難關。
不過，持樂觀態度的科學家認為，這個問題總有一天會解決，因為石墨在高溫、高壓下變成金剛石後，就能在常溫下長期穩定地存在。因此，儘管困難重重，科學家們仍以堅韌不拔的毅力在從事金屬氫的研究。
毛何匡和赫姆利還認為，研究金屬氫有兩方面的意義：一是金屬氫有希望成為高溫超導體，還能做核聚變的燃料，即高能量密度而無污染的能源；二是金屬氫的研究還有助於解決理論物理和天體物理中存在的一些長期未能解決的問題，例如天文學家在觀察太陽系的土星、木星、天王星和海王星這些天體時，發現有金屬氫核心，他們非常希望知道，在多高的壓力和溫度下氫會變成金屬氫。
一旦金屬氫問世，就如同以前蒸汽機的誕生一樣，將會引起整個科學技術領域的一場劃時代的革命。
金屬氫是一種亞穩態物質，可以用它來做成約束電漿的“磁籠”，把熾熱的電離氣體“盛裝”起來，這樣，受控核聚變反應使原子核能轉變成了電能，而這種電能既是廉價的也是乾淨的，在地球上就會很方便地建造起一座座“模仿太陽的工廠”，人類將最終解決能源問題。
金屬氫又是一種室溫超導體，它將甩掉背在超導技術“身上”的低溫“包袱”。超導材料是沒有電阻的優良導體，但現在已研製成功的超導材料的超導轉變溫度多在-250℃左右，這樣的低溫工作條件，嚴重地限制了超導體的套用。金屬氫是理想的室溫超導體，因此可以充分顯示它的魅力。
用金屬氫輸電，可以取消大型的變電站而輸電效率在99%以上，可使全世界的發電量增加1/4以上。如果用金屬氫製造發電機，其重量不到普通發電機重量的10%，而輸出功率可以提高几十倍甚至上百倍。
金屬氫還具有重大的軍用價值。現在的火箭是用液氫作燃料，因此必須把火箭做成一個很大的熱水瓶似的容器，以便確保低溫。如果使用了金屬氫，就可以製造更小而又十分靈巧的火箭。金屬氫套用於航空技術，就可以極大地增大時速，甚至可以超過音速許多倍。由於相同質量的金屬氫的體積只是液態氫的1/7，因此，由它組成的燃料電池，可以很容易地套用於汽車，那時，城市就會變得非常清潔、安靜。
金屬氫內儲藏著巨大的能量，比普通TNT炸藥大30～40倍。因此，金屬氫聚變時釋放的能量要比鈾核裂變大好多倍。伴隨著金屬氫的誕生必將會產生比氫彈威力大好多倍的新式武器。
目前，世界上的高壓實驗室已達100多個。我國已研製成功了能產生100萬個標準大氣壓的壓力機。我國成功研製的“分離球體式多級多活塞組合裝置”能產生200萬個標準大氣壓。近年來，中國等幾個國家宣布已在實驗室內研製成功了金屬氫，這是人類在研究金屬氫的道路上邁出的可喜的一步。而要使金屬氫大規模投入工業生產，還有相當大的困難。但它已有力地推動和促進了超高壓技術、超低溫技術、超導技術、空間技術、雷射以及原子能等20多門科學技術向著新的深度發展。
從理論上來看，在超高壓下得到金屬氫確實是可能的。不過，要得到金屬氫樣品，還有待科學家們進一步研究。
金屬氫的出現是當代超高壓技術創造的一個奇蹟，也是目前高壓物理研究領域中一項非常活躍的課題。
P12-14
後記
發現氫的化學家
(一)海爾蒙特
生平簡介
海爾蒙特(Jan Baptist van Helmont)是比利時化學家、生物學家，也是一名醫生。
海爾蒙特生於布魯塞爾一個貴族家庭，在天主教魯汶大學接受教育，在嘗試了各種自然科學之後，他選擇了醫學，並於1599年拿到博士學位。隨後幾年他在瑞士、義大利、法國和英國遊歷。1605年比利時發生瘟疫，海爾蒙特回到祖國，在安特衛普參與救治。1609年他在維爾烏德舉行盛大婚禮，此後定居於此進行化學研究與行醫。他在化學理論和實踐上都有過卓越的貢獻，從而成為鍊金術向近代化學轉變時期的代表人物。他所做的柳樹實驗也是生物研究上劃時代的工作。
科學貢獻
畢業後的海爾蒙特已經有一個重大的發現，他知道“化學是開啟醫學的一道門，經過化學的定量分析能夠使醫學更為精確”。為這個發現，他到維伏迪(Vilvorde)小城，放棄名利，隱姓埋名，成為了終身都不開業的醫生，全力研究化學。
他夜以繼日地做實驗，連鄰居都不知道這個人在乾什麼。他的實驗非常精確仔細，日後留下來的記錄顯示，光是測定汞的重量，他就重複了兩千次。在精細的測量中，他發現無論是溶解還是沉澱反應，重量在反應前後都沒有改變，改變的只是物質的形態而已，這就是非常有名的“質量不滅定律”。
那個時候，汞被認為是仙丹，是長生不老藥。大家都認為吃一點汞可以使血氣活絡、臉色紅潤，所以很多人買來食用。但是海爾蒙特經過仔細的定量實驗提出過量的汞是劇毒，可以導致人死亡。當時還流行一種萬能溶劑，能將植物油溶解成水，他仔細研究，發現那是硝酸，遇到鹼中和成水，於是他首先提出“酸鹼中和生成水”。
海爾蒙特小時候有燒東西的喜好，現在變得很有用。他燃燒62磅重的木炭，只剩下1磅(1磅-0.45千克)的灰，有6l磅都不見了，他稱這看不見的東西為“氣體”(gas)，“gas”這個詞是他首創的。
海爾蒙特還研究人的體內結石現象，用尿酸與鈣作用產生白色結晶，模擬人體內腎結石、膽結石的形成原因。他試著把許多人體內的生理現象，用人體外的化學實驗來研究，其中最著名的試驗是他用管子伸人胃中抽取胃液，研究胃液對食物分解的功能。他發現胃液過多會造成身體不適，因此可以用鹼性物質去中和，治療胃酸過多的現象。
在人類歷史上，他是第一個用化學去了解人類與生物的生理構造，進而提出醫治方法的人。他終身未曾親手醫治一個病人，卻為未來的醫學發展指出正確的方向。
海爾蒙特的研究沒有帶給他任何掌聲，只有排山倒海而來的反對。當時的醫學界還沒有進步到足以接受他的看法，以化學來解釋生物生理反應，被斥為無稽之談。政治界也反對他，他們認為，一個前程似錦的貴族青年，躲在貧民區內研究如何抽胃酸，實在是太離譜了。因此，所有貴族都聯合起來斥責他，給他施加壓力，要他回到布魯塞爾。
就在大多數的人都在反對他時，有一個人毫無顧忌地支持他，給了他巨大的力量，這個人就是蘭絲特(Margaret van Ranst)。蘭絲特是當時比利時最有權勢的公爵的女兒。她慧眼識英才，嫁給了海爾蒙特。海爾蒙特曾寫下這樣一句話：“我一生都要感謝上帝，因為他賜給我一位敬虔又高貴的女孩為妻子。”
……
——截選自《後記》
(一)海爾蒙特
生平簡介
海爾蒙特(Jan Baptist van Helmont)是比利時化學家、生物學家，也是一名醫生。
海爾蒙特生於布魯塞爾一個貴族家庭，在天主教魯汶大學接受教育，在嘗試了各種自然科學之後，他選擇了醫學，並於1599年拿到博士學位。隨後幾年他在瑞士、義大利、法國和英國遊歷。1605年比利時發生瘟疫，海爾蒙特回到祖國，在安特衛普參與救治。1609年他在維爾烏德舉行盛大婚禮，此後定居於此進行化學研究與行醫。他在化學理論和實踐上都有過卓越的貢獻，從而成為鍊金術向近代化學轉變時期的代表人物。他所做的柳樹實驗也是生物研究上劃時代的工作。
科學貢獻
畢業後的海爾蒙特已經有一個重大的發現，他知道“化學是開啟醫學的一道門，經過化學的定量分析能夠使醫學更為精確”。為這個發現，他到維伏迪(Vilvorde)小城，放棄名利，隱姓埋名，成為了終身都不開業的醫生，全力研究化學。
他夜以繼日地做實驗，連鄰居都不知道這個人在乾什麼。他的實驗非常精確仔細，日後留下來的記錄顯示，光是測定汞的重量，他就重複了兩千次。在精細的測量中，他發現無論是溶解還是沉澱反應，重量在反應前後都沒有改變，改變的只是物質的形態而已，這就是非常有名的“質量不滅定律”。
那個時候，汞被認為是仙丹，是長生不老藥。大家都認為吃一點汞可以使血氣活絡、臉色紅潤，所以很多人買來食用。但是海爾蒙特經過仔細的定量實驗提出過量的汞是劇毒，可以導致人死亡。當時還流行一種萬能溶劑，能將植物油溶解成水，他仔細研究，發現那是硝酸，遇到鹼中和成水，於是他首先提出“酸鹼中和生成水”。
海爾蒙特小時候有燒東西的喜好，現在變得很有用。他燃燒62磅重的木炭，只剩下1磅(1磅-0.45千克)的灰，有6l磅都不見了，他稱這看不見的東西為“氣體”(gas)，“gas”這個詞是他首創的。
海爾蒙特還研究人的體內結石現象，用尿酸與鈣作用產生白色結晶，模擬人體內腎結石、膽結石的形成原因。他試著把許多人體內的生理現象，用人體外的化學實驗來研究，其中最著名的試驗是他用管子伸人胃中抽取胃液，研究胃液對食物分解的功能。他發現胃液過多會造成身體不適，因此可以用鹼性物質去中和，治療胃酸過多的現象。
在人類歷史上，他是第一個用化學去了解人類與生物的生理構造，進而提出醫治方法的人。他終身未曾親手醫治一個病人，卻為未來的醫學發展指出正確的方向。
海爾蒙特的研究沒有帶給他任何掌聲，只有排山倒海而來的反對。當時的醫學界還沒有進步到足以接受他的看法，以化學來解釋生物生理反應，被斥為無稽之談。政治界也反對他，他們認為，一個前程似錦的貴族青年，躲在貧民區內研究如何抽胃酸，實在是太離譜了。因此，所有貴族都聯合起來斥責他，給他施加壓力，要他回到布魯塞爾。
就在大多數的人都在反對他時，有一個人毫無顧忌地支持他，給了他巨大的力量，這個人就是蘭絲特(Margaret van Ranst)。蘭絲特是當時比利時最有權勢的公爵的女兒。她慧眼識英才，嫁給了海爾蒙特。海爾蒙特曾寫下這樣一句話：“我一生都要感謝上帝，因為他賜給我一位敬虔又高貴的女孩為妻子。”
……
——截選自《後記》
序言
能源是人類社會前進和發展的動力。在當前世界上，能源體系仍以煤、石油、天然氣等化石燃料為主，這些能源成為人類發展的根本保證。
隨著人口的增長和人類物質文明的提高，人類對能源的需求也日益加大。然而，人類不得不面對一個殘酷的事實：隨著人類的不斷開採，屬於不可再生資源的化石能源日益減少，枯竭是不可避免的，大部分化石能源將在本世紀末開採殆盡。同時，化學能源的大規模使用帶來了環境的惡化，給世界的生態平衡和人類健康帶來威脅。因此，及早擺脫對化學能源的依賴，尋找新能源成了全人類當前重大任務之一。
在人們的迫切要求下，多種新能源被人類開發利用，核能、太陽能、風能、海洋能等，尤其是氫能的異軍突起，更是引起了人們的廣泛關注。
氫能是氫的化學能，氫在地球上主要以化合態的形式出現，是宇宙中分布最廣泛的物質，它構成了宇宙質量的75%。氫具有高揮發性、高能量，同時氫在工業生產中也有廣泛套用。氫能是一種二次能源，因為它是通過一定的方法利用其他能源製取的，而不像煤、石油和天然氣等可以直接從地下開採。
另外，氫本身無毒，與其他燃料相比，氫燃燒時更清潔，除生成水和少量氮化氫外，不會產生一氧化碳、二氧化碳、鉛化物和粉塵顆粒等對環境有害的污染物質。
許多科學家認為，氫能在2l世紀有可能在世界能源舞台上成為一種舉足輕重的二次能源。
早在1970年，美國通用汽車公司的技術研究中心就提出了“氫經濟”的概念。1976年美國斯坦福研究院就開展了氫經濟的可行性研究。20世紀90年代中期以來多種因素的匯合增加了氫能經濟的吸引力。
氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續的新能源，被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源，是人類的戰略能源發展方向。世界各國如冰島、中國、德國、日本和美國等國家在氫能交通工具的商業化的方面已經出現了激烈的競爭。我們有理由相信，在將來，氫能，就像陽光一樣將照亮世間每一個角落，影響我們的生活。
隨著人口的增長和人類物質文明的提高，人類對能源的需求也日益加大。然而，人類不得不面對一個殘酷的事實：隨著人類的不斷開採，屬於不可再生資源的化石能源日益減少，枯竭是不可避免的，大部分化石能源將在本世紀末開採殆盡。同時，化學能源的大規模使用帶來了環境的惡化，給世界的生態平衡和人類健康帶來威脅。因此，及早擺脫對化學能源的依賴，尋找新能源成了全人類當前重大任務之一。
在人們的迫切要求下，多種新能源被人類開發利用，核能、太陽能、風能、海洋能等，尤其是氫能的異軍突起，更是引起了人們的廣泛關注。
氫能是氫的化學能，氫在地球上主要以化合態的形式出現，是宇宙中分布最廣泛的物質，它構成了宇宙質量的75%。氫具有高揮發性、高能量，同時氫在工業生產中也有廣泛套用。氫能是一種二次能源，因為它是通過一定的方法利用其他能源製取的，而不像煤、石油和天然氣等可以直接從地下開採。
另外，氫本身無毒，與其他燃料相比，氫燃燒時更清潔，除生成水和少量氮化氫外，不會產生一氧化碳、二氧化碳、鉛化物和粉塵顆粒等對環境有害的污染物質。
許多科學家認為，氫能在2l世紀有可能在世界能源舞台上成為一種舉足輕重的二次能源。
早在1970年，美國通用汽車公司的技術研究中心就提出了“氫經濟”的概念。1976年美國斯坦福研究院就開展了氫經濟的可行性研究。20世紀90年代中期以來多種因素的匯合增加了氫能經濟的吸引力。
氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續的新能源，被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源，是人類的戰略能源發展方向。世界各國如冰島、中國、德國、日本和美國等國家在氫能交通工具的商業化的方面已經出現了激烈的競爭。我們有理由相信，在將來，氫能，就像陽光一樣將照亮世間每一個角落，影響我們的生活。
