氫能和燃料電池技術，以氫氣為能源、真正實現零排放的燃料電池汽車，一直被公認為是解決當今交通能源和環境問題的最佳方案之一，代表著汽車未來的發展方向。
基本介紹
- 中文名：氫能和燃料電池技術
- 能源：氫氣
- 類型：技術
- 套用：汽車
簡介,用途,技術特點,需解決關鍵問題,相關技術討論,
簡介
氫能和燃料電池技術。氫燃料電池可高效清潔地把化學能直接轉化為電能，是比常規熱機更為先進的轉化技術。燃料電池技術的快速發展，為能源動力的變革帶來重大契機，而燃料電池汽車被認為是後化石能源時代主要的車用動力能源。與電能一樣，氫氣作為能源載體，可以通過各種一次能源的轉化獲取，成為化石能源向非化石能源轉換、從碳的低排放向碳的零排放的橋樑。
用途
二次能源是聯繫一次能源和能源用戶的中間紐帶。二次能源又可分為“過程性能源”和“含能體能源”。當今電能就是套用最廣的“過程性能源”；柴油、汽油則是套用最廣的“含能體能源”。由於目前“過程性能源”尚不能大量地直接貯存，因此汽車、輪船、飛機等機動性強的現代交通運輸工具就無法直接使用從發電廠輸出來的電能，只能採用像柴油、汽油這一類“含能體能源”。可見，過程性能源和含能體能源是不能互相替代的，各有自己的套用範圍。隨著，人們將目光也投向尋求新的“含能體能源”，
作為二次能源的電能，可從各種一次能源中生產出來，例如煤炭、石油、天然氣、太陽能、風能、水力、潮汐能、地熱能、核燃料等均可直接生產電能。而作為二次能源的汽油和柴油等則不然，生產它們幾乎完全依靠化石燃料。隨著化石燃料耗量的日益增加，其儲量日益減少，終有一天這些資源將要枯竭，這就迫切需要尋找一種不依賴化石燃料的、儲量豐富的新的含能體能源。氫能正是一種在常規能源危機的出現、在開發新的二次能源的同時人們期待的新的二次能源。
技術特點
氫位於元素周期表之首，它的原子序數為1，在常溫常壓下為氣態，在超低溫高壓下又可成為液態。作為能源，氫有以下特點：
（l）所有元素中，氫重量最輕。在標準狀態下，它的密度為0.0899g/l；在-252.7°C時，可成為液體，若將壓力增大到數百個大氣壓，液氫就可變為金屬氫。
（2）所有氣體中，氫氣的導熱性最好，比大多數氣體的導熱係數高出10倍，因此在能源工業中氫是極好的傳熱載體。
（3）氫是自然界存在最普遍的元素，據估計它構成了宇宙質量的75%，除空氣中含有氫氣外，它主要以化合物的形態貯存於水中，而水是地球上最廣泛的物質。據推算，如把海水中的氫全部提取出來，它所產生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大90O0倍。
（4）除核燃料外氫的發熱值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，為142351kJ/kg，是汽油發熱值的3倍。
（5）氫燃燒性能好，點燃快，與空氣混合時有廣泛的可燃範圍，而且燃點高，燃燒速度快。
（6）氫本身無毒，與其他燃料相比氫燃燒時最清潔，除生成水和少量氮化氫外不會產生諸如一氧化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和粉塵顆粒等對環境有害的污染物質，少量的氮化氫經過適當處理也不會污染環境巨，而且燃燒生成的水還可繼續制氫，反覆循環使用。
（7）氫能利用形式多，既可以通過燃燒產生熱能，在熱力發動機中產生機械功，又可以作為能源材料用於燃料電池，或轉換成固態氫用作結構材料。用氫代替煤和石油，不需對現有的技術裝備作重大的改造現在的內燃機稍加改裝即可使用。
（8）氫可以以氣態、液態或固態的金屬氫化物出現，能適應貯運及各種套用環境的不同要求。
需解決關鍵問題
由以上特點可以看出氫是一種理想的新的含能體能源。目前液氫已廣泛用作航天動力的燃料，但氫能的大規模的商業套用還有待解決以下關鍵問題：
廉價的制氫技術，因為氫是一種二次能源，它的製取不但需要消耗大量的能量，而且目前制氫效率很低，因此尋求大規模的廉價的制氫技術是各國科學家共同關心的問題。
安全可靠的貯氫和輸氫方法由於氫易氣化、著火、爆炸，因此如何妥善解決氫能的貯存和運輸問題也就成為開發氫能的關鍵。
許多科學家認為，氫能在二十一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。氫能是一種二次能源，因為它是通過一定的方法利用其它能源製取的，而不象煤、石油和天然氣等可以直接從地下開採。在自然界中，氫已和氧結合成水，必須用熱分解或電分解的方法把氫從水中分離出來。如果用煤、石油和天然氣等燃燒所產生的熱或所轉換成的電支分解水制氫，那顯然是划不來的。現在看來，高效率的制氫的基本途徑，是利用太陽能。如果能用太陽能來制氫，那就等於把無窮無盡的、分散的太陽能轉變成了高度集中的乾淨能源了，其意義十分重大。目前利用太陽能分解水制氫的方法有太陽能熱分解水制氫、太陽能發電電解水制氫、陽光催化光解水制氫、太陽能生物制氫等等。利用太陽能制氫有重大的現實意義，但這卻是一個十分困難的研究課題，有大量的理論問題和工程技術問題要解決，然而世界各國都十分重視，投入不少的人力、財力、物力，並且業已取得了多方面的進展。因此在以後，以太陽能製得的氫能，將成為人類普遍使用的一種優質、乾淨的燃料。
相關技術討論
以氫氣為能源、真正實現零排放的“燃料電池汽車”，一直被公認為是解決當今交通能源和環境問題的最佳方案之一，代表著汽車未來的發展方向。近年來，各國政府及國際汽車巨頭都不斷加大對燃料電池汽車的投入，大力推動這一新能源汽車儘快走向市場。
由科技部、氫經濟國際合作夥伴（IPHE）聯合主辦，同濟大學新能源汽車工程中心、美國能源部阿貢實驗室共同承辦，為期兩天的“國際氫能燃料電池技術及汽車發展論壇”，9月21日上午在上海銀河賓館開幕。
一批國內外燃料電池汽車行業頂尖機構、企業代表出席論壇，共同探討“如何應對燃料電池技術和基礎設施建設在國際國內層面所面臨的挑戰”這一重要議題，並商討今後如何進一步加強在氫燃料電池汽車領域的國際合作。這些機構、企業包括歐盟燃料電池與氫聯合行動計畫、美國能源部燃料電池技術項目部、美國國家再生能源實驗室、日本本田公司、美國通用集團等。
會上，國內外代表分別介紹了各國為研發燃料電池汽車而開展的項目和採取的戰略，交流分享了燃料電池技術研發的最新進展，以及氫能的生產技術及氫能基礎設施建設經驗。此外，會上還將介紹最新的氫能與燃料電池汽車的能源和環境效益評估情況，並圍繞全球燃料電池汽車近期及遠期發展所需的氫源及路徑問題展開討論。會議結束後，代表們還將前往上海世博會園區，參觀燃料電池示範運行基地。
上海燃料電池汽車動力系統有限公司總經理、我校新能源汽車工程中心副主任章桐教授在主題報告中介紹了我國燃料電池汽車動力平台的研發情況，以及我國自主研製的燃料電池汽車分別在2008北京奧運會、美國加州及2010上海世博會上的示範運行情況。
據介紹，由同濟大學與國內五大整車廠合作生產、正在上海世博園區進行示範運營的173輛燃料電池汽車（含70輛燃料電池轎車、3輛燃料電池客車和100輛燃料電池觀光車），自上海世博會開園以來已連續運行5個月，整體運營情況良好。其中，僅在園區內高架步道及北環路運行的燃料電池觀光車一種車型，截止今年8月31日止，已累計載客137萬人次，總行駛里程達44萬餘公里。
專家認為，燃料電池汽車在產業化道路上仍面臨嚴峻挑戰，一方面需要進一步提高關鍵零部件的穩定性、耐久性，降低成本，另一方面要為燃料電池汽車大規模運營配套建設氫氣加注站等基礎設施，此外還要增強公眾對燃料電池汽車的了解。
余卓平說，“從論壇上的主題發言來看，全球對燃料電池汽車普遍持積極、樂觀態度，都在加快促進其早日向市場滲透。”他表示，此次論壇召開，對於增強全球氫能及燃料電池技術及實踐的溝通與交流，進一步推動我國氫能燃料電池汽車技術的快速發展和產業化步伐，具有重要意義。
