¿Cuál es el OCN del vehículo?
El uso extensivo de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo ha causado una grave contaminación al medio ambiente global e incluso ha amenazado la supervivencia humana.
Amenazas. Al mismo tiempo, las reservas de combustibles fósiles son limitadas y se agotarán debido a la sobreexplotación. Por ello, se están realizando esfuerzos para reducir la situación actual.
Aunque las fuentes de energía reguladas (como el carbón y el petróleo) pueden causar contaminación ambiental, el desarrollo y aplicación de energías limpias es la tendencia general. La energía del hidrógeno es una de las fuentes de energía limpia ideales y ha atraído la atención de la gente. El hidrógeno no es sólo una fuente de energía limpia, sino también un excelente portador de energía con propiedades almacenables. El almacenamiento de energía es una forma de utilizarla racionalmente. Las diferencias entre los picos y valles entre los dispositivos de generación de energía intermitente distribuida solar y eólica y la carga de la red, o grandes cantidades de electricidad barata, se pueden convertir en energía de hidrógeno para su almacenamiento y reutilización cuando sea necesario. Esta forma de almacenamiento de energía es flexible y descentralizada. La energía del hidrógeno también tiene características potenciales de transmisión, como convertir la energía eléctrica en energía de hidrógeno bajo ciertas condiciones, lo que tiene ciertas ventajas sobre la transmisión de electricidad. Los científicos creen que el hidrógeno se puede utilizar para dos propósitos.
En el siglo XI, la etapa energética se convertirá en la fuente energética decisiva.
l.Método de producción de hidrógeno
1.1 Producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua.
La producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua es actualmente uno de los métodos más utilizados y maduros. El proceso de producir hidrógeno a partir del agua es la combustión de hidrógeno y oxígeno para producir agua.
El proceso inverso, por lo que mientras se aporte una determinada forma de energía, el agua puede descomponerse. La eficiencia de proporcionar electricidad para dividir el agua para producir hidrógeno es generalmente
75-85. El proceso es simple y no contaminante, pero consume mucha energía, por lo que su aplicación está sujeta a ciertas limitaciones. La producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua durante los picos y valles de la red eléctrica también tiene características como medio de almacenamiento de energía. Mi país es rico en recursos hidroeléctricos y el uso de la generación de energía hidroeléctrica y la electrólisis del agua para producir hidrógeno tiene perspectivas de desarrollo. La energía solar es inagotable y el método de producción de hidrógeno fotoeléctrico se denomina sistema de energía de hidrógeno solar y se han llevado a cabo investigaciones experimentales en el extranjero. Con la mejora de la eficiencia de la conversión de energía, la reducción de costos y la extensión de la vida útil de las células solares, las perspectivas para la producción de hidrógeno son inconmensurables. Al mismo tiempo, la energía solar, la energía eólica y la energía oceánica también pueden producir hidrógeno a través de la electricidad y utilizarlo como portador de energía intermedio para regular y almacenar la energía convertida, haciendo que el suministro de energía a los usuarios sea más flexible y conveniente. El exceso de electricidad en el sistema de suministro de energía también se puede utilizar para electrolizar agua y producir hidrógeno para lograr el propósito de almacenamiento de energía. Hay cientos de dispositivos de producción de hidrógeno por electrólisis de agua de varios tamaños en China, pero todos son pequeños equipos de producción de hidrógeno por electrólisis. Su propósito es producir hidrógeno como materia prima y no como fuente de energía. A medida que se expanda gradualmente la aplicación de la energía del hidrógeno, se desarrollarán métodos de electrolización del agua para producir hidrógeno.
1.2 Producción de hidrógeno a partir de combustibles fósiles
La producción de hidrógeno a partir de carbón, petróleo y gas natural es actualmente el principal método de producción de hidrógeno. Este método está técnicamente maduro en China y se han construido equipos de producción industrial.
(1) Producción de hidrógeno a partir del carbón
En la estructura energética de China, el carbón será la principal fuente de energía durante mucho tiempo. Cómo mejorar la eficiencia de utilización del carbón
Reducir la contaminación ambiental es un tema que requiere investigación continua, y convertir el carbón en hidrógeno es una de las formas.
Existen dos métodos principales para producir gas que contiene hidrógeno a partir de carbón: uno es la coquización del carbón (o carbonización a alta temperatura) y el otro es la gasificación del carbón. Coquizar significa que el carbón se convierte en coque a 90-1000°C en ausencia de aire, y el subproducto es gas de horno de coque.
La composición del gas de horno de coque contiene 55-60 (volumen) de hidrógeno, 23-27 de metano y 6-8 de monóxido de carbono. De cada tonelada de carbón se pueden obtener entre 300 y 350 m3 de gas, que se pueden utilizar como gas ciudad.
También es materia prima para la producción de hidrógeno. La gasificación del carbón se refiere a la reacción del carbón con agentes gasificantes a alta temperatura, presión normal o presión, y se convierte en productos gaseosos. Gasificación
El agente es vapor u oxígeno (aire), y el producto gaseoso contiene hidrógeno y otros componentes, y su contenido varía según el método de gasificación. En mi país hay un gran número de unidades de producción de hidrógeno pequeñas y medianas, todas las cuales utilizan carbón como materia prima. Después de la gasificación, se produce gas que contiene hidrógeno como materia prima para la síntesis de amoníaco. Se trata de un método de obtención de fuentes de hidrógeno con características chinas. Utilizando el gasificador de lecho fijo OGI, se puede producir gas de agua en funcionamiento intermitente. El dispositivo tiene una baja inversión y un funcionamiento sencillo. Sus productos gaseosos se componen principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono, de los cuales se puede producir hidrógeno puro en más del 60%. Cuando se utiliza la gasificación del carbón para producir hidrógeno, los costes de los equipos representan la mayor parte de la inversión. Los métodos de gasificación subterránea del carbón han recibido atención en las últimas décadas. La tecnología de gasificación subterránea tiene un alto aprovechamiento del recurso del carbón, reduciendo o evitando daños al medio ambiente de la superficie. La Universidad de Minería y Tecnología de China desarrolló y mejoró el "canal largo, gran interrupción"
Un nuevo proceso para producir gas de agua mediante gasificación subterránea de carbón en dos secciones sobre el suelo, con un contenido de hidrógeno de más del 50 %. Se ha puesto en funcionamiento a prueba industrial en Liuzhuang, Tangshan, con una producción diaria de agua y gas de 50.000 m3. Si se purifica mediante conversión y adsorción por cambio de presión, se puede producir hidrógeno barato, lo que tiene ciertas perspectivas de desarrollo en China. Nuestro país tiene una buena base para dominar la tecnología de producción de hidrógeno a base de carbón. En particular, un gran número de dispositivos de producción de hidrógeno en plantas de amoníaco pequeñas y medianas están repartidos por todo el país, lo que crea las condiciones para proporcionar fuentes de hidrógeno en el futuro. Se ha realizado el proceso desarrollado independientemente por China de gasificación subterránea de carbón para producir gas de agua y obtener hidrógeno barato.
Los resultados graduales tienen perspectivas de desarrollo y merecen atención.
(2) Utilizar gas natural o petróleo ligero como materia prima para producir hidrógeno.
En este método, el hidrógeno se produce mediante reacción y conversión con vapor en presencia de un catalizador. Se producen principalmente las siguientes reacciones:
CH4 H2O→CO H2
Monóxido de carbono H2O→dióxido de carbono Hertz
CnH2h 2 Nh2O→nCO (Zh l)HZ
La reacción se lleva a cabo a 800-820°C. Como puede verse en la reacción anterior, parte del hidrógeno proviene del vapor de agua. El grupo de gas obtenido por este método
En nuestro país, el contenido de hidrógeno puede llegar a 74 (relación en volumen), y su coste de producción depende principalmente del precio de las materias primas. En China, el precio del petróleo ligero es alto, el costo de producción de gas es elevado y su aplicación es limitada. La mayoría de las plantas de amoníaco y metanol a gran escala utilizan gas natural como materia prima y catalizan el reformado con vapor para producir hidrógeno. China ha realizado muchos trabajos de investigación fructíferos en este campo y ha construido una gran cantidad de dispositivos de producción industrial. En China, se desarrolló un proceso discontinuo de reformado con vapor de gas natural para producir materia prima para pequeñas plantas de amoníaco. Este método no requiere el uso de un horno de reformado de aleaciones de alta temperatura y tiene bajos costos de inversión en equipos. El proceso de producción de hidrógeno en petróleo y gas está muy maduro, pero debido a las limitaciones de las materias primas, se utiliza principalmente para preparar materias primas químicas.
Materiales.
(3) Utilizando petróleo pesado como materia prima, se produce hidrógeno mediante oxidación parcial.
Las materias primas del petróleo pesado incluyen el petróleo residual atmosférico y de vacío y el fueloil después del procesamiento profundo del petróleo. El petróleo pesado reacciona con el vapor de agua y el oxígeno para producir hidrógeno.
Productos gaseosos. La combustión de parte del petróleo pesado proporciona calor y una determinada temperatura de reacción para la reacción endotérmica de conversión. El costo de los productos de hidrógeno producidos con este método
El costo de las materias primas representa aproximadamente un tercio y el precio del petróleo pesado es bajo, por lo que la gente le presta atención. Mi país ha construido un dispositivo de producción de hidrógeno por oxidación parcial de petróleo pesado a gran escala para producir materias primas para la producción de hidrógeno.
1.3 Producción de Hidrógeno por Biomasa
Los recursos de biomasa son abundantes y son una importante fuente de energía renovable. La biomasa puede producir hidrógeno mediante gasificación y microorganismos.
(1) Gasificación de biomasa para producir hidrógeno
Materias primas de biomasa como leña, paja de trigo y paja de arroz. Se prensa y se le da forma, luego se gasifica o se craquea en un gasificador (u horno de craqueo) para producir combustible que contiene hidrógeno. Mi país ha logrado algunos resultados en la investigación de la tecnología de gasificación de biomasa.
En el extranjero, gracias a la mejora de la tecnología de conversión, la gasificación de biomasa ha podido producir gas de agua a gran escala y su contenido de hidrógeno también ha mejorado considerablemente.
(2) Producción microbiana de hidrógeno
La tecnología de producción microbiana de hidrógeno también ha atraído la atención de la gente. El hidrógeno se puede producir mediante reacciones enzimáticas de microorganismos a temperaturas y presiones normales. Biomasa
Los microorganismos productores de hidrógeno incluyen principalmente microorganismos quimiotácticos y microorganismos fotosintéticos. A los microorganismos quimiotróficos pertenecen varios tipos de fermentación.
Algunas bacterias anaerobias estrictas y bacterias anaerobias facultativas) son microorganismos de fermentación que inicialmente liberan hidrógeno como sustrato para diversos carbohidratos, proteínas, etc. Actualmente disponible
Patente para la producción de hidrógeno a partir de la fermentación de carbohidratos, y el hidrógeno producido se utiliza como fuente de energía para la generación de energía. El proceso de producción de hidrógeno por microorganismos fotosintéticos como microalgas y bacterias fotosintéticas está relacionado con la fotosíntesis y se denomina producción fotosintética de hidrógeno.
1.4 Producción de hidrógeno a partir de otras sustancias productoras de hidrógeno
La producción de hidrógeno a partir de sulfuro de hidrógeno se ha estudiado en el extranjero. China es rica en recursos de H25. Por ejemplo, el gas natural extraído del campo de petróleo y gas de Zhaolanzhuang en Hebei contiene más de 90 H y tiene reservas de decenas de millones de toneladas. Es un recurso precioso. Hay varias formas de producir hidrógeno a partir de sulfuro de hidrógeno. En la década de 1990, China llevó a cabo varios estudios y los resultados de diversas investigaciones proporcionarán recursos valiosos y energía limpia que podrán utilizarse plena y racionalmente en el futuro.
Sentar las bases de las materias primas químicas.
1.5 Recuperación del subproducto hidrógeno en diversos procesos químicos
Existe una gran cantidad de procesos químicos, como la electrólisis de la sal para producir álcali, la fermentación para elaborar vino, la síntesis de amoníaco. y la industria de fertilizantes y la industria de refinación de petróleo.
El hidrógeno es un subproducto. Si se toman las medidas adecuadas para separarlo y recuperarlo, se pueden obtener cientos de millones de metros cúbicos de hidrógeno cada año. Esto es inaceptable.
Los recursos desatendidos deben reciclarse. En la actualidad, la recuperación del subproducto de hidrógeno de las plantas químicas puede proporcionar una fuente más barata de hidrógeno, lo cual cabe destacar.
2. Descomposición y transporte del hidrógeno
El hidrógeno existe en condiciones normales en forma gaseosa, lo que trae grandes dificultades para su almacenamiento y transporte. Hay tres tipos de almacenamiento de hidrógeno.
Métodos: almacenamiento de gas a alta presión; almacenamiento de hidrógeno líquido a baja temperatura: almacenamiento de hidruro metálico.
2.l Almacenamiento de gas
El hidrógeno gaseoso se puede almacenar en depósitos subterráneos o en cilindros. Para reducir el volumen de almacenamiento, primero se debe comprimir el hidrógeno, lo que requiere más trabajo de compresión. Generalmente, el peso de almacenamiento de hidrógeno de un cilindro de alta presión con una presión de inflado de 20mp es de solo 1,6; el peso de almacenamiento de hidrógeno de un cilindro espacial de titanio es de solo 5. Para aumentar la capacidad de almacenamiento de hidrógeno, se está estudiando un dispositivo de almacenamiento de hidrógeno microporoso, concretamente un lecho de microesferas. El sistema de microesferas es muy delgado
Las paredes (1-10um) están llenas de microporos (10-10um) y el hidrógeno se almacena en los microporos. Las microesferas pueden estar hechas de plástico, vidrio, cerámica o metal.
2.2. Almacenamiento de hidrógeno líquido a baja temperatura
El hidrógeno se enfría a -253 °C para convertirse en líquido y luego se almacena en un recipiente aislado de alto vacío. Cuando el proceso de almacenamiento de hidrógeno líquido se utilizó por primera vez en el sector aeroespacial, el costo de almacenamiento era elevado y la tecnología de seguridad compleja. En la actualidad, el foco de la investigación son los contenedores de almacenamiento de hidrógeno altamente aislados, y ahora se ha desarrollado un contenedor con aislamiento térmico lleno de microperlas huecas. La conductividad térmica de las microperlas de sílice es extremadamente pequeña y las partículas son muy finas.
La transferencia de calor por convección entre partículas se puede suprimir por completo. La incorporación de algunas microesferas recubiertas de aluminio (generalmente alrededor de 3-5) en microesferas no aluminizadas puede cortar eficazmente la transferencia de calor por radiación. . Este nuevo tipo de contenedor de aislamiento térmico no requiere aspiración y su efecto de aislamiento térmico es mucho mejor que el de los contenedores de aislamiento térmico de alto vacío ordinarios.
Como tanque de almacenamiento de hidrógeno líquido ideal, este nuevo tipo de contenedor de almacenamiento de hidrógeno ha sido ampliamente adoptado por la NASA.
2.3. Almacenamiento de hidruros metálicos
Se produce una reacción reversible entre el hidrógeno y los hidruros metálicos. Cuando un hidruro metálico se calienta externamente, se descompone en el hidruro metálico y libera gas hidrógeno. En cambio, cuando el hidrógeno y un metal hidrurante forman un hidruro, el hidrógeno se almacena en una combinación sólida con el metal hidrurante utilizado para almacenar el hidrógeno.
La mayoría son aleaciones compuestas por múltiples elementos.
En la actualidad, existen muchos tipos de aleaciones de almacenamiento de hidrógeno que se han investigado con éxito en el mundo, que se pueden dividir aproximadamente en cuatro categorías: una es el níquel osmio de tierras raras, etc. , cada kilogramo de aleación de osmio-níquel puede almacenar 153 litros de hidrógeno. El segundo es la serie hierro-titanio, que es actualmente el material de almacenamiento de hidrógeno más utilizado. Su capacidad de almacenamiento de hidrógeno es cuatro veces mayor que la del primero, además es de bajo precio y muy activo. También puede liberar hidrógeno a temperatura y presión normales, lo que aporta una gran comodidad de uso. El tercer tipo es el magnesio, que es el elemento metálico con mayor capacidad de absorción de hidrógeno, pero necesita liberar hidrógeno a 287 °C. Absorbe hidrógeno muy lentamente, por lo que su uso es limitado. En cuarto lugar, los sistemas de elementos múltiples como vanadio, niobio, circonio, etc. son metales raros y preciosos, por lo que las propiedades químicas y físicas de los metales hidrogenados deben estudiarse más a fondo, incluidas las curvas de equilibrio presión-temperatura, la formación de reacciones y las tasas de conversión. , estabilidad química y mecánica, etc. , sigue siendo un tema que merece atención en el desarrollo y utilización de la energía del hidrógeno. Hay dos tipos de dispositivos de almacenamiento de hidrógeno de hidruro metálico: fijos y móviles. Pueden usarse como fuente de suministro de combustible de hidrógeno y materiales de hidrógeno, absorber el calor residual y almacenar energía solar, y también pueden usarse como bomba de hidrógeno o compresor de hidrógeno. .
2.4.Transporte de hidrógeno
Aunque el hidrógeno tiene buena transportabilidad, tanto el hidrógeno gaseoso como el líquido existen durante su uso y no pueden ignorarse.
Los problemas especiales se deben, en primer lugar, a que el hidrógeno es extremadamente ligero, en comparación con otros combustibles, y el volumen por unidad de energía necesaria para su transporte y uso es extremadamente grande, incluso el hidrógeno líquido. En segundo lugar, el hidrógeno es especialmente propenso a sufrir fugas. Las pruebas de conducción de automóviles alimentados con hidrógeno han demostrado que incluso un tanque de combustible de hidrógeno sellado al vacío tiene una tasa de fuga del 2% cada 24 horas, mientras que la gasolina generalmente pierde un 1% al mes. Por lo tanto, se deben tomar medidas especiales de sellado para los contenedores de almacenamiento de hidrógeno, tuberías, juntas y válvulas de hidrógeno. En tercer lugar, la temperatura del hidrógeno líquido es extremadamente baja y se producirá una congelación grave siempre que caiga una pequeña cantidad sobre la piel. Por lo tanto, se debe prestar especial atención a varias medidas de seguridad durante el transporte y el uso.
3. Utilización de la energía del hidrógeno
Ya en la Segunda Guerra Mundial, el hidrógeno se utilizaba como propulsor líquido del motor del cohete A-2. En 1960, el hidrógeno líquido se utilizó por primera vez como combustible espacial. El cohete de despegue utilizado por la nave espacial Apolo lanzada por Estados Unidos en 1970 también utilizó hidrógeno líquido como combustible. El hidrógeno es ahora un combustible común en el campo de los cohetes. Para los transbordadores espaciales modernos, es más importante reducir el peso del combustible y aumentar la carga útil. La densidad energética del hidrógeno es muy alta, 3 veces mayor que la de la gasolina ordinaria, lo que significa que el peso del combustible se puede reducir en 2/3, lo que sin duda resulta sumamente beneficioso para el transbordador espacial. Los transbordadores espaciales actuales utilizan hidrógeno como propulsor del motor y el oxígeno puro se divide en oxidantes. El hidrógeno líquido se instala en un barril de propulsor externo; cada lanzamiento requiere 1450 m3 y pesa alrededor de 100 toneladas.
Ahora los científicos están estudiando una nave espacial con "hidrógeno sólido". El hidrógeno sólido se utiliza como material estructural y en naves espaciales.
Combustible de potencia. Durante el vuelo, todos los componentes no vitales de la nave espacial pueden convertirse en energía y "consumirse". De esta forma podrás volar naves espaciales en el universo durante períodos de tiempo más largos.
El hidrógeno es un importante portador de energía en el siglo XXI. Una pila de combustible que utiliza hidrógeno como combustible, que combina hidrógeno y oxígeno para generar agua cuando se quema, es una tecnología de generación de energía limpia que está en consonancia con las tendencias mundiales de protección del medio ambiente.
En la actualidad, con el fin de desarrollar vehículos respetuosos con el medio ambiente, los fabricantes de automóviles de renombre mundial están intensificando sus esfuerzos para actualizar los combustibles tradicionales para vehículos y deciden utilizar la energía del hidrógeno, desatando una locura por el desarrollo de vehículos de hidrógeno. . Los experimentos han demostrado que los automóviles que utilizan pilas de combustible de hidrógeno emiten sólo la misma cantidad de carbono que los motores de combustión interna tradicionales.
30, la contaminación del aire provocada por los motores de combustión interna es de sólo 5. La Asociación Estadounidense de Fabricantes de Automóviles predice que para 2002, Estados Unidos producirá aproximadamente entre 500.000 y 654,38 millones de vehículos de hidrógeno.
Además de los automóviles, a partir del año 2000, Estados Unidos, Europa y Japón promoverán el combustible de hidrógeno en los aviones. Según la compañía europea Airbus Aircraft Company, se prevé que a más tardar en 2002 los aviones fabricados en Europa podrán utilizar hidrógeno líquido como combustible a gran escala. Dado que la temperatura de funcionamiento del hidrógeno líquido es de -253°C, es necesario mejorar el actual sistema de combustible de los aviones. Las compañías alemanas Daimler-Benz Aviation y Aeroflot comenzaron en 1996 experimentos para demostrar la seguridad del uso de hidrógeno líquido en aviones equipados con motores gemelos.
Además, el hidrógeno proporciona tres veces más energía en comparación con la gasolina, pero incluso el hidrógeno líquido requiere cuatro veces el volumen de gasolina, por lo que los diseñadores de aviones se enfrentan a la tarea de diseñar alas convencionales para acomodar más hidrógeno líquido en la nueva estructura.
La investigación de mi país sobre el desarrollo y la aplicación de la energía del hidrógeno está todavía en sus primeras etapas, pero con el avance de la tecnología, las necesidades de energía limpia del medio ambiente continúan aumentando.
La alta tasa de utilización de la energía del hidrógeno es una tendencia inevitable del desarrollo, y la demanda de suministro de fuentes de hidrógeno seguramente aumentará día a día. En el proceso de desarrollo, debemos tener en cuenta las condiciones nacionales de nuestro país.
Realizar activamente investigaciones sobre la ampliación de las fuentes de hidrógeno y la reducción de precios para lograr mejores beneficios económicos y sociales.
4. Conclusión
En un futuro próximo, la "sociedad económica del hidrógeno" ahorrará recursos de combustibles fósiles como el petróleo y el carbón, básicamente cancelará el sistema de energía de los motores de combustión interna y logrará la contaminación. -Libere de emisiones y alivie el efecto de las emisiones de gases de efecto invernadero, haciendo que el medio ambiente sea más limpio y el aire más fresco. Al mismo tiempo, la utilización de la energía del hidrógeno también impulsará una serie de industrias manufactureras emergentes, como equipos de energía renovable: equipos de electrólisis de agua, pilas de combustible y dispositivos de almacenamiento de hidrógeno, para promover integralmente el desarrollo económico. El desarrollo de centrales de energía de fusión nuclear, centrales de energía solar, centrales de energía eólica y centrales de energía mareomotriz se pueden combinar aún más con la tecnología de energía del hidrógeno para elevar la utilización de la energía humana a un nuevo nivel.
En resumen, la investigación y el desarrollo de la energía del hidrógeno tienen amplias perspectivas. A medida que el campo de las aplicaciones de la energía del hidrógeno madure y se expanda gradualmente, inevitablemente se promoverá la producción de hidrógeno.
Investigación y desarrollo jurídico. El suministro de hidrógeno barato y adecuado a las condiciones nacionales de China promoverá aún más la aplicación de la energía del hidrógeno y beneficiará a la humanidad al mejorar el medio ambiente.
La gente contribuye.