氢能利用技术的发展及面临的问题

2016-12-15 09:24Views:435times 

能源是现代社会赖以生存和发展的基础,能源的供给能力密切关系着国民经济的可持续发展,是国家安全保障的战略基础之一。随着经济社会的发展,人们使用能源特别是化石能源越来越多,能源对经济社会发展的制约日益突出,对赖以生存的自然环境所造成的影响也越来越大。

2030年前,我国仍将处于工业化和城镇化双快速发展时期,随着经济规模进一步扩大,能源需求亦会快速增加。预计到2015年,我国能源需求总量将达到38亿吨左右标准煤,可能超过美国成为世界第一大能源消费国,到2030年更有可能突破55亿吨,因此,我国能源、石油、天然气的对外依存度将进一步上升到25%70%50%以上。进口国外能源存在诸多风险。总体来看,我国能源需求快速增长与能源供应增长制约的矛盾将长期存在,国家能源安全形势严峻而紧迫。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中突出了可再生能源低成本规模化开发利用。

传统化石能源的大量使用,势必产生大量温室气体CO2及对环境有害气体的排放,因此我国同时也面临着巨大的生态环境压力。20091127日,国务院常务会议研究决定了我国2020年的减排目标,即单位GDP国内生产总值CO2排放比2005年下降40%—45%。在保证国家能源安全的前提下,完成上述目标具有相当高的挑战性。因此,在提高目前化石能源开采和利用率的同时,更需要大力开发可再生能源,尤其是氢能源,才有可能保证国家能源供给安全,进一步减少有害物质和温室气体排放。

氢是常规能源中能量密度最高的元素,来源广泛,清洁高效,可再生循环使用,是理想的二次能源。近来被广为推崇的氢能经济即是一种依托于氢能的可持续能源利用方式。在氢能经济构想中,人们可以直接利用可再生能源生产氢能,通过氢能为生产、生活供能,整个氢能从生产到使用的循环过程清洁无碳且可持续。以氢作为能源载体,可有效地保证国家能源安全,避免生态环境恶化。

尽管氢能是一种优质二次能源,但现有的氢能利用技术存在着一系列的技术瓶颈,制约着氢能的规模化应用。因此,加强氢能相关应用技术的研发尤为重要。普遍认为,氢能技术的规模化商业推广,主要面临以下四大挑战:(1)氢的规模制备;(2)氢能在常温常压下的储存与运输;(3)氢能应用技术问题(如氢燃料电池技术等)(4)加氢站等氢能基础设施构架。实际上,对于第一个挑战,氢的规模制备技术已较为成熟,如天然气重整、石油催化裂解等均已实现规模化生产。从长远看,还可利用太阳能光解/电解水或生物制氢等技术加以解决。对于第三个挑战,即氢能的利用技术问题,目前燃料电池技术已基本成熟,燃料电池汽车已开始规模化地进入市场。甚至氢内燃机汽车(如BMW Hydrogen7)的性能和效率也远超汽油车。氢能基础设施构架的解决方式则取决于第二个挑战,即氢能在常温常压下储运技术问题能否得到好的解决。然而,人们迄今还未能研发出行之有效的、商业应用上可持续的氢储运技术。氢能在常温常压下的储存与运输已真正成为制约氢能经济大规模发展的瓶颈问题。


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