氢能技术的环境观

     一、引言

    第一类能源（来自地球以外）包括：太阳辐射能，煤，石油，油页岩，天然气，草木燃料，沼气和其他由于光合作用而固定下来的太阳能风，流水，海流，波浪海洋热能，直接太阳能第二类能源（来自地球内部）包括：宇宙射线，流星和其他星际物质带进地球大气的能量地球热能原子能地震，火山活动地下热水和地热蒸气（包括温泉和沸泉）热岩层铀，钛，硼，氚等 第三类能源（来自地球和其他大体的相互作用）包括：潮汐能，电能，氢能，煤油，汽油，柴油，酒精，甲醇，丙烷，苯胺，肼，氨，硝化棉和硝化甘油，黑色火药等 二次能源是联系一次能源和能源用户的中间纽带。

    二次能源又可分为”过程性能源”和”合能体能源”。当今电能就是应用最广的”过程性能源”；柴油、汽油则是应用最广的”合能体能源”。过程性能源和含能体能源是不能互相替代的，各有自己的应用范围。作为二次能源的电能，可从各种一次能源中生产出来，例如煤炭、石油、天然气、太阳能、风能、水力、潮汐能、地热能、核燃料等均可直接生产电能。而作为二次能源的汽油和柴油等则不然，生产它们几乎完全依靠化石燃料。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新的含能体能源。氢能正是一种理想的新的合能体能源。 美国总统布什今年初签署了一项指令，决定今后五年为开发氢能拨款17亿美元，目的是将美国对石油矿物能源的依赖减少到最低程度。他说：“一旦美国的氢能开发进人商业化，我们就能在204o 年以前至少使每天的石油消耗量减少1100万桶。”

二、化石燃料带来环境问题

2.1温室效应

    石油、煤炭、天然气燃烧产物是二氧化碳，是温室气体，造成地球温度逐年升高。 工业革命前大气中CO2含量是280ppm，如按目前增长的速度，到2100年CO2含量将增加到550ppm，即几乎增加一倍。根据大气运动规律和物理状态变化规律，设计成数值模式进行计算。不过，由于人们对大气运动变化规律认识得还不够完善，采取的简化计算办法不同，各个模式的计算结果常相差很大。为此，80年代美国科学院组织了评估委员会，对这些模式的结果进行研究和综合评估，最终得出CO2倍增后全球平均气温将上升3℃土1.5℃，即1.5℃－4.5℃。这就是对本问题最有权威的组织一联合国IPCC第一次（报告》中采用的数字。这一来便引起一严重后果，即两极和格陵兰的冰盖会发生融化，引起海平面上升。北半球高纬度大陆的冻土带也会融化或变薄，引起大范围地区沼泽化。还有，海洋变暖后海水体积膨胀也会引起海平面升高。CO2增加不仅使全球变暖，还将造成全球大气环流调整和气候带向极地扩展。包括我国北方在内的中纬度地区降水将减少，加上升温使蒸发加大，因此气候将趋干旱化。

2.2 酸性气体及酸雨

    化石燃料中有杂质，特别是硫、氮、磷、砷等，燃烧产物酸性，造成大气污染和酸雨。 酸雨的形成是一个复杂的大气化学和大气物理过程，主要是由废气中的SOX和NOX造成的。汽油和柴油都有含硫化合物，燃烧时排放出SOZ，金属硫化物矿在冶炼过程也要释放出大量SO。这些SO2通过气相或液相的氧化反应产生硫酸。酸雨对环境有多方面的危害：使水域和土壤酸化，损害农作物和林木生长，危害渔业生产(PH值小于48时，鱼类就会消失);腐蚀建筑物、工厂设备和文化古迹也危害人类健康。因此酸雨会破坏生态平衡，造成很大经济损失。此外，酸雨可随风飘移而降落到几千里外，导致大范围的公害。因此，酸雨已被公认为全球性的重大环境问题之一。

2.3城市大气污染

    城市大气污染源主要来自于化石燃料。汽车尾气排放，包括一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、燃烧不完全的烃类、铅化合物等。l吨汽油通过汽车发动机燃烧产生动力后，要排出10千克一70千克的废气。另外，还有从燃料和燃烧系统中泄漏出李的汽油和气体，约有20千克一40公斤。排出的废气中含有150种一200种不同的化合物，以及铅尘、炭黑等颗粒物质。汽车发动机空档运转时排出一氧化碳最多，约占排气量的5％。汽车缓慢行驶时用汽管喷出的烟是黑的，这说明燃料燃烧不完全，很多炭粒随气体排出。汽车高速行驶时，车尾喷出团团白烟，此时排气量最大，白烟中氮氧化物含量很高，这是汽油在高温燃烧下产生的一种有害气体。 居民燃烧煤炭及工业和发电厂排放的粉尘。由于粉尘具有很强的吸附能力，能把SO2、氮氧化物、苯并茂（致癌物质）等吸附在表面。长期吸人粉尘颗粒，超过呼吸系统保护能力，肺部就会产生弥漫性的纤维组织增生，即日常所谓的尘肺病，如支气管炎、肺结核、肺气肿、肺心病等症，尤其接触镍尘和石棉粉尘的人，易引起肺癌等症。镉尘对人体危害的主要靶器官是肾和肺。含硫污染物多数是硫化氢和二氧化硫。H2S是火山口放出的气体之一，具“臭鸡蛋”味，无色，纯品毒性几乎接近氰化氢。空气中含少量H2S会弓！起头痛，含大量H2S则引起心脏和肺神经中枢麻痹，会造成昏厥和死亡。SO2是一种刺激性气体，使呼吸系统生理功能减退，肺泡弹性减弱，引起支气管症、哮喘、肺气肿等。SO2单独作用有限，但常和飘尘结合危害人体健康，伦敦型烟雾事故就是这个缘故。

三、氢能的环境价值

3.1氢能的特点

    (1)所有元素中，氢重量最轻。在标准状态下，它的密度为0．08999g／l；在一252．7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢就可变为金属氢。

    (2)所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，因此在能源工业中氢是极好的传热载体。

    (3)氢是自然界存在最普遍的元素，据估计它构成了宇宙质量的75％，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大90O0倍。

    (4)除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142，351kJ/Kg，是汽油发热值的3倍。

    (5)氢燃烧性能好，点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。

    (6)）氢本身无毒，与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化碳、二氧化碳、碳氢化合物、铅化物和粉尘颗粒等对环境有害的污染物