氢燃料燃气轮机与大规模氢能发电

清洁可再生氢能源的利用被视为CO₂减排的一个重要途径，受到世界各国的高度重视。从电能到氢能再到电能的高效转换是氢能利用的核心技术之一。产业上大规模高效氢能到电能的转换技术需要100 MW以上的功率，而依靠目前的燃料电池技术难以满足。氢燃料燃气轮机可以实现大规模氢能到电能的转换，且转化效率会随着功率的提高而提高，将是一种重要的氢能发电技术。文章对氢燃料燃气轮机的性能特点、各国研究动态、机种类型和特点、输出功率和热效率、氨燃气轮机等进行了介绍，同时提出利用氢燃料燃气轮机实现从水到水循环的氢能利用系统的设想。     

适用于氢气低温制备与高效存储的催化新体系

氢气是一种具有极高能量密度的二次清洁能源,被认为最有可能替代现有的煤炭和石油等化石燃料作为未来人类社会赖以生存和发展的能源基础.以清洁、高效、无污染的氢循环代替目前对环境有严重威胁且日益枯竭的碳循环.在可预见的未来,全球主要国家将会加大氢能开发和利用的投入.尤其是伴随着我国能源体系的升级和新能源产业的快速发展,氢气作为高效的能量载体势必会成为未来清洁能源发展的主要方向之一.氢能应用循环主要包括3个环节,即(1)氢燃料的制备;(2)氢燃料的存储和输运;(3)氢燃料化学能到电能或其他形式能量的高效转变.结合国家能源战略及基础研究的需求,本研究团队近期在氢气的低温制备和存储方面取得了一定的研究成果.尤其是以α-MoC作为强相互作用载体制备的Au和Pt纳米催化剂,分别在低温水汽变换反应和液相甲醇水重整产氢反应方面取得了较为突出的研究成果.该研究成果为氢燃料的低温原位制备,氢燃料安全、高效的存储运输及大规模工业制氢过程的优化提供了新的思路.本文结合该领域近年来的国内外研究进展和本实验室的研究成果,简单介绍适用于工业化制氢过程的低温水汽变换过程和液相储氢新体系,并对未来该领域的发展提出一定的展望.     

氢能技术科技前沿与挑战

<正>氢能可再生、零排放且能量密度高,其开发和利用已成为新一轮世界能源技术革命的重要方向,也是实现“碳达峰、碳中和”战略目标的重要路径之一.基于燃料电池技术,氢能未来将成为支撑可再生能源如太阳能、风能大规模利用的理想能源互联网媒介.美国、日本、德国、韩国等于21世纪初已将氢能产业提升至国家能源战略的高度,制定氢能发展政策,明确氢能产业地位,持续支持氢能技术研发,积极推动试点示范和多领域应用.我国在《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》中明确将“氢能与燃料电池技术”列为15项重点创新任务之一.     

氢能与燃料电池汽车

由于经济发展、人口增长、环境保护、化石能源枯竭等原因,发展洁净型可再生能源已成为非常紧迫的任务.20世纪形成的以化石燃料为主体的世界能源结构,在21世纪将转变为以可再生能源等为主的新的能源结构.洁净型可再生能源中最引人注目的是氢能,2000年世界氢能大会认为,21世纪将进入氢能时代.     

二氧化硫对全球升温的控制

气候学家所预料的全球升温,其罪魁祸首当是二氧化碳——矿物燃料在燃烧时的排放物,而愈来愈多的迹象表明同是矿物燃料排泄物二氧化硫却抑制了全球升温。大气中的二氧化硫形成薄雾似的硫酸盐微粒——悬浮微粒,这一悬浮微粒层能将部分日光反射到空间,从而起到保护地表的作用。它还能改变行云的形态,使之白些,滞留在空中的时间持久些。云也能反射日光。日光照射量的减少即起到了给地球降温的效果。二氧化硫的上述作用早在几十年前就已经知道,但此效应在整个控制全球升温的宏伟计划中被视为无     

基于纳米燃料电池的自供能纳米系统

大量各种功能的纳米器件的出现与发展迫切地需要能源供给,以满足纳米系统独立的、可持续的连续工作.从生活环境中收集能量制备纳米电池用于驱动这些纳米功能器件,是解决能源问题十分有效的途径.近年来,由纳米电池与纳米功能器件组成的全新功能纳米器件——自供能纳米系统,得到了快速发展.显而易见,纳米电池的制备是自供能纳米系统建立的关键,由于燃料电池可收集自然界乃至生物体内的能源并转化为电能,因此实现燃料电池微型化在自供能纳米系统研究中有着至关重要的意义.本文从单根全氟磺酸质子交换树脂(Nafion)纳米线的质子传导性能出发,结合了本课题组及其他学者的工作,对纳米燃料电池、纳米生物燃料电池、复合型纳米生物燃料电池以及由这些电池驱动的自供能纳米系统进行了简要介绍,并对自供能纳米系统的研究现状、面临的问题以及可能的研究趋势进行了简要评述.     

氢能与新材料

氢是清洁高效的能量载体和重要的化工原料。文章从当前氢能利用过程中面临的问题和挑战入手,简述了新材料在制氢、氢气分离与提纯、储氢及氢能转换等各环节的应用,对氢能利用中新材料的发展趋势进行了展望。     

人需要多少日光

太阳对人类生存有着十分重要的作用。没有太阳,人的身体和心灵就会患病,太阳是我们的生命维生素,我们需要太阳与需要空气一样。下面是科学家们研究提出的日光与人的几个关系问题。 一.日光与心灵 在夏日中午晒10分钟,身体会得到巨大的动力。太阳经我们的眼睛直接对大脑产生作用。在大脑里,敏感的松果体捉住光脉冲,马上把它转变为能量。这种松果体调节人体激素的平     

当今世界的能源问题(下)

3.氢能的开发利用 在众多的新能源中,氢能以其重量轻、热值高、无污染、应用面广等优点,被誉为21世纪的理想能源。 前苏联在1989年成功地将液态氢用于重型飞机的飞行。德国的科学家计划在本世纪末让第一架用氢气驱动的“空中客车”飞机飞上蓝天。美国已研制成世界上第一辆以氢气为动力的汽车。特别值得一提的是,美国国家航空航天局正计划把一种光合细菌——红螺菌带上太家,用它所放出的氢气来作为能源,供航天器使用。这种红螺菌生产成本低,生长繁殖快,在农副产品加工     

热化学循环由水制氢

开辟氢能是当前国际上的一个重大课题。氢能体系开发利用的核心问题是由一次能源提供能量使水分解的制氢技术。《热化学循环由水制氢》从热力学的角度介绍热力学化学循环分解水制氢的一些基本原理及构成熟化学循环的若干化学反应体系。原子核聚变是能源开发的一个重要领域。     

未来的氢能

<正>随着全球石油产量的持续下降,人们开始担心能源危机。那么人类能否开发出新能源呢?有人曾作过大胆的预言——未来可能变成氢能的世界。丰富的氢能车、船、飞机以及各种设备都将以氢为燃料,这不是毫无根据的幻想,而是有一定科学道理的。氢是最轻的气体,在标准大气压0℃时,密度为0.0899克/升,到了-252.7℃时,会变成液体,叫液     

未来的绿色新能源——液氨

在一些卫生条件不太好的厕所里,我们有时会闻到一股刺鼻的气味,其中就有氨气在作怪.我们很难把刺鼻的氨气与燃料联系起来.最近,日本科学家找到了一种廉价的合成氨技术,有望让液氨进入绿色新能源的大家庭.有科学家预测,氨能甚至有望取代氢能,成为重要的新一代绿色新能源.     

氢燃烧特性对氢内燃机性能的影响

氢能开发是“双碳”战略中的重要一环,目前氢能主要是通过氢燃料电池把化学能转变成电能的形式得以应用。与此不同,氢内燃机则是将氢能直接转变成机械能,应用在交通、机器运转、发电等众多领域,对氢能发展具有重要的推动作用。氢内燃机与传统内燃机的最大区别是用氢气取代传统的化石燃料,因此,氢气的燃烧特性对内燃机的性能具有很大影响,对内燃机的结构也提出新的要求。至今从氢燃烧特性的角度去理解氢内燃机的研究不多,为此,文章尝试从氢气燃烧特性的角度出发理解氢内燃机的性能,并重点对氢内燃机的热效率、输出功率、NO_x排放、异常燃烧等性能进行分析和讨论。结果显示,氢内燃机比传统内燃机和氢燃料电池在节能减排、输出功率、成本等方面具有更加优异的综合性能,是氢能-电能转换的另一种有效的方法。氢内燃机的发展也能促进氢能的大规模应用,其性能受到氢气燃烧特性的影响,氢燃烧特性的控制对氢内燃机性能的提高非常重要。     

纳米碳管与氢能

世界人口快速增长、化石能源渐趋匮乏、环境污染日益严重是人类在21世纪亟待解决的三大难题.氢能是一种洁净的可再生能源,氢燃料电池汽车将是解决城市大气污染的最重要途径之一.因此各国科学家均在致力于研究高储量的储氢材料与系统,最有潜力者被认为是纳米炭材料的吸附储氢.高纯度单壁纳米碳管的合成是应用的基础和关键,我们采用氢等离子电弧方法,大量制备出高纯度的单壁纳米碳管,并全面开展储氢研究.初步结果表明单壁纳米碳管是一种很有前途的储氢材料,可能在氢能源的应用特别是氢燃料电池电动汽车的应用中占据重要地位,促进人类经济与社会实现可持续发展.     

氢气制备和储运的状况与发展

随着全球碳达峰和碳减排的推进,氢能作为一种重要的清洁可再生能源受到越来越多的关注,开发利用氢能已成为中国能源技术发展的重要战略方向.以往主要是大专院校、中国科学院等机构的科研人员从事氢能相关的研究,大多获得国家自然科学基金委员会、科技部等的基金支持.目前许多企业也参与进来,既有国企也有民企,这与以往有很大不同,对于氢能产业的发展有巨大的推动作用.氢能发展不仅需要技术成熟,同时还要满足成本、市场和安全等多方面的要求.氢能产业包含制氢、氢分离、储运、应用等多个环节.通过近几年的努力,这些环节已经有了很大的变化,有的领域发展快,有的领域仍面临很多困难.为此,本文对氢能产业链上这些环节的状况、问题和今后的发展进行系统的分析和归纳.     

离子束活化氢电极在碱中的催化性能

研究析氢活性电极对燃料电池、氢能和氯碱等电化学工业有重要实际意义,对查明电催化过程和析氢机理有重要理论价值.提高析氢阴极的活性和稳定性是电化学领域中最引人注目的课题之一.国内外研究十分活跃.作者应用离子束技术得到高活性析氢阴极,开辟了离子束化学的新方向.近来作者采用Mo、W和C离子束对Ni、Mo和W组成的表面合金进行改性,得到一系列在酸性介质中稳定的高活性新型析氢电极,本文报道这些电极在碱性介质中的行为.     

走向世界前列的高能物理研究

日本在高能物理的实验上把赶超世界先进水平的希望寄托在代号叫Tristan的加速器上.这一主储存环为三公里的加速器将在1986年付诸使用,届时日本将以能量为每束30Gev的高能电子-正电子碰撞器居于世界领先地位.它的这一地位将能保持两年,到1988年欧洲核研究组织(CERN)制成的每束50Gev的高能加速器将取而代之.即便如此,Tristan加速器仍具有巨大的潜力.在最初设计时,就已考虑把超导体磁体作为一个质子储存圈的动力,这个储存圈将经过原先的通道,以25e×300pGev的能量产生电子与质子的碰撞.这一计划将于1989年完成.在西德的汉堡,类似的计划也在实施中,不过目前处于早期阶段.     

贮氢材料热泵

我国是一个以化石燃料为主要能源的发展中国家,年需一次能源总量超过10亿吨标准煤。由于从一次能源中直接得到的能量形式主要是热能,而热能的贮存、输送都是困难的,结果,在工业和民用领域的能源利用过程中,大量低品位热能随着废气、废水作为“废热”排放到环境中。据统计,我国目前能源利用率不到40%,单位国民生产总值的能耗为发达国家的4～5倍.与此同时,化工、医药、造纸、木材、制糖、制盐等工业和许多农副产品加工业需要大量的低温位热能,这种低温热能目前也是从燃料燃烧的高温热能中获得的。根据热力学第二定律,这种把高品位热能作     

新世纪能源——氢

国际氢能源协会于9月11日举行了首次讨论氢气能源前景的世界首脑会——"2000氢气论坛".论坛不但吸引了环保人士,也吸引了如壳牌等大石油公司和如宝马等汽车大制造商。面对石油愈来愈少,愈来愈贵的未来,人们把眼光纷纷投向环保燃料——氢.氢气是取用不尽的。更重要的是,氢的"废弃物"是水蒸气,不会再有导致全球变暖的二氧化碳和一氧化碳烟雾及其他汽油污染物。国际氢能源协会主席贝兹罗格卢说:"氢气将是下一阶段的能源,这是合逻辑的,因为它清洁且效率十分高。"氢能源的关键是一种叫"氢电池"的新科技,利用氢氧结合成水时的化学反应来产生电力。汽车可使用液化或压缩氢气,氢气贮于燃料缸中,输入车底的电池、与氧气结合产生电力推动引擎。宝马车厂计划在2020年前、氢汽车要占其生产线的20%;许多其他大的汽车制造商如福特、通用、丰田和佳士拿等,也都有类似的研究开发计划。氢能     

太阳能捕集器

太阳每天向地球倾泻成万倍于人类活动所需的能量，人们需要解决如何廉价地开发太阳能的问题。而自然界则不存在这个问题。“太阳能电池”就长在树上，绿叶的光合作用把太阳光转化为化学能，几乎为一切自然生态系统提供着能源。的确，人们可以从植物得到启迪：如何充分利用太阳光。差不多所有商品太阳能电池均系由无定形硅制成，问题在于硅的加工费用很大，而且这种电地转换效率不是很高，一般仅能转化13～16％的日光为电能。因此，使用不可再生的矿物燃料依然不失为比较切合实际的获取能量之途。但如果能廉价地大批最生产太阳能电池，经济性…