氫能產(chǎn)業(yè)在中國(guó)正進(jìn)入快速發(fā)展階段，在政府的大力支持下，其產(chǎn)業(yè)化落地進(jìn)程不斷加快。但如何更好的發(fā)展本國(guó)氫能，需要放眼世界各國(guó)的現(xiàn)狀與進(jìn)展，在國(guó)際化的角度和高度上進(jìn)一步借鑒和完善。

2020年10月9日國(guó)務(wù)院常務(wù)會(huì)議通過了《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》：2021年起，國(guó)家生態(tài)文明試驗(yàn)區(qū)、大氣污染防治重點(diǎn)區(qū)域新增或更新公交、出租、物流配送等公共領(lǐng)域車輛，新能源汽車比例不低于80%，氫燃料汽車也被納入新能源汽車“三縱”之列，這對(duì)目前熱情高漲的氫能產(chǎn)業(yè)給予了更多的信心。

宇宙中廣泛存在的原子就是簡(jiǎn)單的氫原子，只有帶一個(gè)質(zhì)子的原子核和一個(gè)圍繞原子核運(yùn)行的電子。但是也正是這種簡(jiǎn)單的原子，組成了我們今天世界上所有的東西甚至是你自己。你能見到任何物質(zhì)，都是由氫通過恒星的熱核反應(yīng)生產(chǎn)出來的。

雖然氫在宇宙中遍布存在，但是在地球環(huán)境和大氣中基本上沒有氫氣，因?yàn)闅錃獾幕瘜W(xué)屬性導(dǎo)致其十分活動(dòng)，很容易與氧氣發(fā)生反應(yīng)變成水。氫氣與氧氣的通過燃燒結(jié)合時(shí)能產(chǎn)生大量的能量，并生成毫無危害的水，這種能量如果能用在汽車上該是多么美好的事情。

但是，氫氣氧氣燃燒產(chǎn)生的能量并不好控制，同時(shí)效率也并不高。2006年某品牌汽車就推出燃燒氫氣的汽車Hydrogen 7，利用液態(tài)氫作為燃料，6.0升V12發(fā)動(dòng)機(jī)只有能出260匹馬力，效率實(shí)在是太低。

隨著汽車行業(yè)對(duì)氫燃料電池的深入研究，可以通過燃料堆有控地將氫氣與氧氣結(jié)合，并將結(jié)合時(shí)產(chǎn)生的電流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。這種方式比直接燃燒氫氣更有效率，同時(shí)也能為電動(dòng)機(jī)的提供充足的電力。但是燃料堆的質(zhì)造成本卻很高昂，經(jīng)過汽車行業(yè)的不懈努力，氫燃料電池的整體成本終于降到消費(fèi)者可接受的程度。

氫燃料電池工作原理：

給燃料動(dòng)力電池的負(fù)極材料提供一個(gè)氫氣，正極進(jìn)行提供大量氧氣，然后在正負(fù)極相互之間加一層膜。在催化劑的作用下，氫原子外層的電子會(huì)游離出來，變成獨(dú)立電子+氫離子。而那層膜是非常特殊的，只有兩個(gè)氫離子結(jié)合才可以同時(shí)通過，而電子則會(huì)被阻擋在膜外。由于存在氫離子實(shí)際上我們就是一種質(zhì)子，所以那層膜也叫“質(zhì)子交換膜”。前面的論述就有提到說，電子是通不過這層膜的，所以他們會(huì)在膜的一邊越聚越多。如果在企業(yè)電子產(chǎn)品聚集的地方接一根導(dǎo)線，通到正極，電子就會(huì)在工作電壓的驅(qū)使下嗖嗖嗖地跑過去。而這，就是提高電池在輸出控制電流。

透過膜的質(zhì)子與正氧反應(yīng)生成水并放出熱量。這些都是氫燃料電池的副產(chǎn)品。由于一層膜左右兩側(cè)的壓差比較小，通常我們只有0.5V-1.0V，所以只要把正負(fù)極夾著一層膜的結(jié)構(gòu)可以疊加至幾百層，就能不斷得到發(fā)展需要的高電壓。在這個(gè)電池里，是沒有其他任何火焰會(huì)呈現(xiàn)的。不過，為了能夠保證研究催化劑的活性，在電動(dòng)車企業(yè)使用的燃料動(dòng)力電池技術(shù)類型中，電池的工作環(huán)境溫度在90攝氏度左右。其實(shí)，這比很多傳統(tǒng)燃油汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度要低很多。

這個(gè)發(fā)展過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為一種電能的效率可以達(dá)到80％，遠(yuǎn)比內(nèi)燃機(jī)的40％高得多。當(dāng)然，還有其他類型的氫燃料電池，不僅僅是質(zhì)子交換膜，它們有不同的反應(yīng)物和電解質(zhì)。

比如航天用燃料電池的電解液就是氫氧化鉀。以熔融硅酸鹽、氧化鋯和磷酸為電解質(zhì)的氫燃料電池都用于發(fā)電站。這種用于氫燃料電動(dòng)汽車的電池是一種相對(duì)較晚出現(xiàn)的新型氫燃料電池。

氫燃料電池所用的氫從哪來呢？青年汽車的“水氫車”，其實(shí)是一個(gè)騙人騙投資的項(xiàng)目。但是氫氣來自于水，這個(gè)確實(shí)是事實(shí)。初中課時(shí)我們知道電解水可以制氫，還知道金屬鋅加到鹽酸中也可以制氫，而大量的工業(yè)制氫是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？同時(shí)，為了制氫中不產(chǎn)生二氧化碳，又是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？

工業(yè)制氫大概有幾種主流方法：

一、電解水制氫

水電解制氫是目前應(yīng)用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的逆過程，因此只要提供一定形式一定能量，則可使水分解。提供電能使水分解制得氫氣的效率一般在75-85%，其工藝過程簡(jiǎn)單，無污染，但消耗電量大，因此其應(yīng)用受到一定的限制。利用電網(wǎng)峰谷差電解水制氫，作為一種貯能手段也具有特點(diǎn)。我國(guó)水力資源豐富，利用水電發(fā)電，電解水制氫有其發(fā)展前景。

太陽(yáng)能取之不盡，其中利用光電制氫的方法即稱為太陽(yáng)能氫能系統(tǒng)，國(guó)外已進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性研究。隨著太陽(yáng)電池轉(zhuǎn)換能量效率的提高，成本的降低及變壓吸附 完美替代進(jìn)口，支持實(shí)測(cè)比較使用壽命的延長(zhǎng)，其用于制氫的前景不可估量。同時(shí)，太陽(yáng)能、風(fēng)能及海洋能等也可通過電制得氫氣并用氫作為中間載能體來調(diào)節(jié)，貯存轉(zhuǎn)化能量，使得對(duì)用戶的能量供應(yīng)更為靈活方便。供電系統(tǒng)在低谷時(shí)富余電能也可用于電解水制氫，達(dá)到儲(chǔ)能的目的。我國(guó)各種規(guī)模的水電解制氫裝置數(shù)以百計(jì)，但均為小型電解制氫設(shè)備，其目的均為制提氫氣作料而非作為能源。隨著氫能應(yīng)用的逐步擴(kuò)大，水電解制氫方法必將得到發(fā)展。

二、水煤氣法制氫

用無煙煤或焦炭為原料與水蒸氣在高溫時(shí)反應(yīng)而得水煤氣（C+H2O→CO+H2—熱）。凈化后再使它與水蒸氣一起通過觸媒令其中的CO轉(zhuǎn)化成CO2（CO+H2O→CO2+H2）可得含氫量在80%以上的氣體，再壓入水中以溶去CO2，再通過含氨蟻酸亞銅（或含氨乙酸亞銅）溶液中除去殘存的CO而得較純氫氣，這種方法制氫成本較低產(chǎn)量很大，設(shè)備較多，在合成氨廠多用此法。有的還把CO與H2合成甲醇，還有少數(shù)地方用80%氫的不太純的氣體供人造液體燃料用。像北京化工實(shí)驗(yàn)廠和許多地方的小氮肥廠多用此法。

三、由石油熱裂的合成氣和天然氣制氫

石油熱裂副產(chǎn)的氫氣產(chǎn)量很大，常用于汽油加氫，石油化工和化肥廠所需的氫氣，這種制氫方法在世界上很多國(guó)家都采用，在我國(guó)的石油化工基地如在慶化肥廠，渤海油田的石油化工基地等都用這方法制氫氣也在有些地方采用（如美國(guó)的Bay、way和Batan?Rougo加氫工廠等）。

四、焦?fàn)t煤氣冷凍制氫

把經(jīng)初步提凈的焦?fàn)t氣冷凍加壓，使其他氣體液化而剩下氫氣。此法在少數(shù)地方采用（如前蘇聯(lián)的Ke?Mepobo工廠）。

五、電解食鹽水的副產(chǎn)氫

在氯堿工業(yè)中副產(chǎn)多量較純氫氣，除供合成鹽酸外還有剩余，也可經(jīng)提純生產(chǎn)普氫或純氫。像化工二廠用的氫氣就是電解鹽水的副產(chǎn)。

六、釀造工業(yè)副產(chǎn)

用玉米發(fā)酵丙酮、丁醇時(shí)，發(fā)酵罐的廢氣中有1/3以上的氫氣，經(jīng)多次提純后可生產(chǎn)普氫（97%以上），把普氫通過用液氮冷卻到—100℃以下的硅膠列管中則進(jìn)一步除去雜質(zhì)（如少量N2）可制取純氫（99.99%以上），像北京釀酒廠就生產(chǎn)這種副產(chǎn)氫，用來燒制石英制品和供外單位用。

氫氣資源非常好，清潔、可再生，但它容易泄漏，且爆炸范圍非常寬，是目前波浪范圍寬的一種氣體，只要和空氣混合，達(dá)到 4％～75％的比例，就會(huì)發(fā)生爆炸，屬于一級(jí)爆炸氣體。所以，從制氫站、儲(chǔ)氫站、運(yùn)輸車、加氫站，到氫燃料電池汽車都需要對(duì)氫氣進(jìn)行檢測(cè)，盡早發(fā)現(xiàn)泄漏，立馬關(guān)掉閥門并發(fā)出警報(bào)，降低安全隱患。

此外，對(duì)于氫燃料電池汽車而言，氫氣傳感器不僅能用于監(jiān)測(cè)氣罐和電堆端氫氣的泄漏，還能用于檢測(cè)排放尾氣中的氫氣濃度。燃料電池汽車也就能根據(jù)這些監(jiān)測(cè)的信息來實(shí)時(shí)分析電堆的性能和反應(yīng)程度，從而及時(shí)調(diào)整相關(guān)輸入指標(biāo)或數(shù)據(jù)配置來實(shí)現(xiàn)車輛的安全、高效運(yùn)行。氫燃料電池汽車上安裝氫氣傳感器，可以用我們工采網(wǎng)代理的CGM6812－B00氫氣傳感器模塊：

氫氣傳感器模塊CGM6812是一種搭載了費(fèi)加羅催化燃燒式可燃?xì)怏w傳感器TGS6812的新模塊，具有耐久性好、穩(wěn)定性高的特點(diǎn)。此模塊可提供與氫氣濃度成比例的模擬電壓輸出， CGM6812氫氣傳感器模塊還采用了防潮涂層，可以在需要防水與絕緣的環(huán)境中放心使用，同時(shí)，模塊還能夠檢測(cè)到傳感器斷線的故障。模塊操作溫度范圍廣，為－10°C～＋60°C。由于TGS6812氣體傳感器可以檢測(cè)甲烷、 LP氣體與氫氣，因此此模塊適用于固定式燃料電池的可燃?xì)怏w——?dú)錃獾男孤z測(cè)。

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