（科普）简单介绍一下水制氢技术
2015-05-24 10:14:58   来源：中国科普博览网   评论：0 点击：

1 、电解水

     电解水是利用电能将水分解为氢气和氧气。电解水所需的总能量随着温度的升高会有所增加，同时需要的电能减少。因此，高温电解过程在高温供热时可能更好，例如利用其他过程中产生的废热。

H₂O + 电 → H₂ + 1/2O₂

电解水原理示意图
 

      电解水制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。以水为原料制氢过程是氢气与氧气反应生成水的逆过程，因此只要提供一定形式的能量，则可使水分解，而且所得氢气纯度非常高。提供电能使水分解制得氢气的效率一般可达到75%-85%，其工艺过程简单、无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。不过随着核能和太阳能利用技术的不断提高，在未来的氢经济社会中，电解水制氢将成为主流。

2 、碱性电解

     碱性电解池是利用具有腐蚀性的水溶液作为电解液。碱性电解法是一项成熟技术，工业应用状况好，容许远程运作。 商业化电解池通常由很多电解池集成电池堆。未来主要的研发问题是在改进能源效率同时，设计和制造较低成本的电解设备。

3 、聚合电解质薄膜电解 

     不需要液态电解液，这很大程度上简化了设计过程。电解液为酸性聚合膜。该技术的主要缺点是隔膜使用期有限。与碱性电解法不同的是，薄膜电解是由于没有电解液（由于更高的密度和更高的运行压力，需要更严谨的设计），安全性更强。由于相对成本高、容量小、效率低和使用期短，薄膜电解法目前不像碱性电解法一样成熟可用，还需要进一步改进原料和电池堆设计来改善性能。 

4 、高温电解

       高温电解法基于高温燃料电池技术。1000℃下分解水所需的电能相比100℃下的要少。这意味着高温电解法比通常的低温电解法能够以更高的效率运行。 

       一种典型的技术是固体氧化物电解池。这种电解法是基于固体氧化物燃料电池，通常在700-1000℃下运行。在这样温度下燃料电池反应更容易转换为电解反应。目前正尝试利用地热、太阳能或天然气来源的热力来取代电解池的电力消耗，这样可以大大减少电力消耗。 

5、光电解

     光电系统结合电解可以开展商业化利用。这类系统很灵活，可通过光电池产生电力或通过电解池产生氢。水光解的过程就是利用光直接将水分解为氢气和氧气。和传统的技术方法相比，这类系统有很大的潜力可以减少电解氢成本。目前全球正在开展光电化学池材料科学和系统工程的基础和应用研发计划。迄今示范型太阳能-氢气转换效率可达16％。 

光解水制氢系统

6、生物光解

     生物光解制氢基于两个步骤：光合作用和利用氢化酶比如绿藻和蓝绿藻催化制氢。该领域需要进行长期基础和应用研究，一旦成功，就可作为可再生能源制氢的长期解决方法。这对理解产生氢气的自然过程和遗传规律十分重要。预计可以利用代谢和遗传工程学在较大生物反应器中证实这种过程。另外的选择是利用人工光合作用来完成这两步。 
 

光合作用： 2H₂O → 4H+ + 4e– + O₂ 
产氢： 4H+ + 4e– → 2H₂

7、热化学水解

     热化学水解过程是指通过一系列的热化学反应将水分解为氢气和氧气的过程。热化学水解循环发展已有35年，从上世纪70到80年代就开展了广泛的研究，但在过去10年进展不大。技术可行性和潜在高效率方面不存在问题，但是要降低成本和高效循环还需要进一步商业化发展。碘/硫循环是一个热化学过程实例，对于这个过程，需要开展研究和发展来捕获热解产生的氢气，从而避免副反应和排除有害物质的使用。此外，还要考虑这类材料的抗腐蚀性问题。 
 

水解制氢设备