氫從哪裏來?（係列講座2）

一 氫礦在哪裏

？

在人類生存的地球上，氫是最豐富的元素，但是自然界卻沒有純氫存在。最常見的含氫物質是水（H2O);其次就是各種含氫化合物如石油、天然氣、硫化氫及各種生物質等。所以按行業習慣我們將江

、河、湖、海稱為“氫礦”。可見，“氫礦”到處都有
，不難發現。

二 工業化製氫方法

目前我國97%的de氫qing氣qi是shi由you化hua石shi燃ran料liao生sheng產chan的de，其qi餘yu的de通tong過guo水shui電dian解jie法fa生sheng產chan。化hua石shi燃ran料liao製zhi造zao氫qing氣qi要yao向xiang大da氣qi排pai放fang大da量liang的de溫wen室shi氣qi體ti，對dui環huan境jing不bu利li。水shui電dian解jie製zhi造zao氫qing氣qi則ze不bu產chan生sheng溫wen室shi氣qi體ti，但dan是shi生sheng產chan成cheng本ben較jiao高gao。因yin此ci水shui解jie製zhi氫qing適shi合he電dian力li資zi源yuan如ru水shui電dian、風能
、地熱能、潮汐能以及核能比較豐富的地區。

1 以煤為原料製氫

煤(mei)是(shi)我(wo)國(guo)最(zui)主(zhu)要(yao)的(de)化(hua)石(shi)能(neng)源(yuan)，其(qi)主(zhu)要(yao)成(cheng)分(fen)是(shi)碳(tan)，也(ye)有(you)很(hen)少(shao)的(de)碳(tan)氫(qing)化(hua)合(he)物(wu)。煤(mei)製(zhi)氫(qing)的(de)本(ben)質(zhi)是(shi)以(yi)碳(tan)取(qu)代(dai)水(shui)中(zhong)的(de)氫(qing)，最(zui)終(zhong)生(sheng)成(cheng)氫(qing)氣(qi)和(he)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)。這(zhe)裏(li)，碳(tan)起(qi)到(dao)化(hua)學(xue)試(shi)劑(ji)作(zuo)用(yong)並(bing)為(wei)置(zhi)換(huan)反(fan)應(ying)提(ti)供(gong)熱(re)。氫(qing)幾(ji)乎(hu)全(quan)來(lai)自(zi)於(yu)水(shui)。

以煤為原料製取含氫氣體的方法主要有兩種：

一是煤的焦化（或稱高溫幹餾）
，煤在隔絕空氣條件下，在 900～1000℃製取焦碳，副產品為焦爐煤氣。焦爐煤氣組份中含氫氣 55～60%(體積）
、甲烷23～27%一氧化碳5～8%等。每噸煤可得煤氣 300～350m3，作為城市煤氣
，亦是製取氫氣的原料。

二是煤的氣化，使煤在高溫常壓或加壓下

，與水蒸汽或氧氣（空氣）等(deng)反(fan)應(ying)轉(zhuan)化(hua)成(cheng)氣(qi)體(ti)產(chan)物(wu)。氣(qi)體(ti)產(chan)物(wu)中(zhong)氫(qing)氣(qi)的(de)含(han)量(liang)隨(sui)不(bu)同(tong)氣(qi)化(hua)方(fang)法(fa)而(er)異(yi)。煤(mei)氣(qi)化(hua)製(zhi)氫(qing)是(shi)一(yi)種(zhong)具(ju)有(you)我(wo)國(guo)特(te)點(dian)的(de)製(zhi)氫(qing)方(fang)法(fa)。通(tong)常(chang)做(zuo)法(fa)是(shi)將(jiang)煤(mei)從(cong)地(di)下(xia)挖(wa)出(chu)，破(po)碎(sui)、分fen類lei後hou放fang到dao專zhuan門men的de設she備bei中zhong進jin行xing上shang述shu反fan應ying。其qi實shi也ye可ke以yi在zai地di下xia進jin行xing煤mei製zhi氫qing，一yi般ban在zai煤mei礦kuang的de地di表biao建jian成cheng兩liang個ge井jing，一yi個ge進jin氣qi，一yi個ge出chu含han氫qing的de混hun合he氣qi。在zai地di麵mian上shang淨jing化hua
，得de到dao可ke用yong的de氫qing。煤mei地di下xia氣qi化hua方fang法fa近jin數shu十shi年nian已yi為wei人ren們men所suo重zhong視shi
，我wo國guo已yi經jing在zai山shan東dong、河北一帶進行了幾個工業化示範，效果很好。地下氣化技術具有煤資源利用率高及減少或避免地表環境破壞等優點。

2 天然氣製氫

天然氣的主要成分是甲烷（ CH4）
，本身就含有氫。和煤製氫相比
，用天然氣製氫產量高
、加jia工gong成cheng本ben較jiao低di，排pai放fang的de溫wen室shi氣qi體ti少shao

，因yin此ci天tian然ran氣qi成cheng為wei國guo外wai製zhi造zao氫qing氣qi的de主zhu要yao原yuan料liao。其qi中zhong天tian然ran氣qi蒸zheng汽qi轉zhuan化hua是shi較jiao普pu遍bian的de製zhi造zao氫qing氣qi方fang法fa。工gong業ye上shang甲jia烷wan蒸zheng汽qi轉zhuan化hua過guo程cheng采cai用yong鎳nie做zuo催cui化hua劑ji
，操cao作zuo溫wen度du750～920℃，操作壓力 2.17～2.86MPa。jiaogaodeyalikeyigaishanguochengxiaolv。fanyingshixirede，reliangtongguoranshaoshiranshaojiawangonggei。jiawanzhengqizhuanhuazhidedehechengqi，jingguogaodiwenbianhuanfanyingjiangyiyanghuatanzhuanhuaweieryanghuatanheewaideqingqi。weilefangzhijiawanzhengqizhuanhuaguochengxitan，fanyingjinliaozhongxucaiyongguoliangdeshuizhengqi。zuizhongqingqideshoulvyucaiyongdejishuluxianyouguan。tianranqizhiqingdebenzhishiyijiawanzhongdetanqudaishuizhongdeqing，tanqidaohuaxueshijizuoyongbingweizhihuanfanyingtigongre。qingdabufenlaiziyushui，xiaobufenlaizitianranqibenshen。

3 重油部分氧化製造氫氣

重油是煉油過程中的殘餘物
，可用來製造氫氣。重油部分氧化過程中碳氫化合物與氧氣
、shuizhengqifanyingshengchengqingqiheeryanghuatan。gaiguochengzaiyidingdeyalixiajinxing
，keyicaiyongcuihuaji，yekeyibucaiyongcuihuaji，zhequjueyusuoxuanyuanliaoyuguocheng。cuihuabufenyanghuatongchangshiyijiawanhuoshinaoyouweizhudeditantingweiyuanliao

，erfeicuihuabufenyanghuazeyizhongyouweiyuanliao，fanyingwenduzai 1150～1315℃。重油部分氧化製得的氫主要來自水蒸氣。

4 水電解製造氫氣

水電解製造氫氣是成熟的製造氫氣的方法，已有80餘年生產曆史。水電解製得的氫氣純度高，操作簡便，但需耗電。水電解製氫的效率一般在 75～ 85%

，一般生產1m3氫氣和0.5m3氧氣的電耗為4～5kWh。根據熱力學原理，電解水製得1m3氫氣和0.5m3氧氣的最低電耗要2.95dudian。suoyiyoudefamingjiadedaodiyucizhidejieguojiubukexinle。dangran，ruguoshidianjieshuirongye，dedaoqinghelingyizhongfeiyangdechanwu，qidianhaolingdangbielun。shuidianjiezhiqingdebenzhishiyidiannengdakaishuizhongdeqingheyangdejiehejian，zuizhongshengchengqingqiheyangqi。zhelideqingquanbulaiziyushui。

目前我國水電解主要用石棉布電介質和強堿性水溶液，能耗大、不環保。近年已經成功開發采用固體高分子離子交換膜代替石棉布作為電解質，直接電解純水的新技術。

水電解製氫所需電能可由各種一次能源提供，其中包括化石燃料、核能或太陽能
、水能
、風能及海洋能等可再生能源。大型供電係統在低穀時電能也可用於電解水製氫，達到儲能的目的。隨著可再生能源地位的提高、發電成本的降低，相信水電解製氫會得到更大的發展。