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氢能利用与核能制氢研究开发综述

氢能利用与核能制氢研究开发综述书书书 !第!"卷第#期原子能科学技术 $%&’!"!(%’# !)""*年#月 +,%-./0123456/.21/271892/:1%&%45 ;71’)""* 氢能利用与核能制氢研究开发综述顾忠茂 "中国原子能科学研究院放射化学研究所!北京!#")!#?#!!!文献标识码!+!!!文章编号!#"""=*?<+4%$,4’9:2F1.GF2H27,F32I!IF/:7I7JF1871,32I%F3/2!:.4::27,K7&F27181%1=L%&= &F,.%1!%H:583%421...

书书书 !第!"卷第#期原子能科学技术 $%&’!"!(%’# !)""*年#月 +,%-./0123456/.21/271892/:1%&%45 ;71’)""* 氢能利用与核能制氢研究开发综述顾忠茂 "中国原子能科学研究院放射化学研究所!北京!#")!#<# 摘要!文章从氢能的资源丰富$热值高$无污染等特点出发叙述了氢能作为一种洁净能源在国民经济"主要为交通用燃料#和国防中广泛的潜在应用!介绍了目前国际上核能制氢的几种主要方法!并展望了核能=氢能系统的发展前景% 关键词!氢能&核能制氢&电解水&高温热化学裂解中图分类号!9>?#!!!文献标识码!+!!!文章编号!#"""=*?<#")""*#"#=""<"="* !"##$%&’()*+*$%,-$./0*1*2’3#*.4’(5&/%’6*.7.*%6& 84929:$49’.$./5&/%’6*.;%’/",49’.<&=",2*$%7.*%6& @AB:%14=-7% "!"#$%&$’(#()(*+,-(+.#/0$*123!45657+8)CD9E!7*#:#$2#")!#<+4%$,4’9:2F1.GF2H27,F32I!IF/:7I7JF1871,32I%F3/2!:.4::27,K7&F27181%1=L%&= &F,.%1!%H:583%421212345732J3.2H&582I/3.J28.1,:2L7L23’9:2L%,21,.7&7LL&./7,.%1I %H:583%421212345.1,:217,.%17&2/%1%-5"-7.1&57I,:2,371IL%3,7,.%1HF2&IH%3.1,23= 17&/%-JFI,.%1214.12I718HF2&/2&&I#71817,.%17&82H21I2732.1,3%8F/28’62K237&-7= M%3,2/:1.GF2I%H:583%421L3%8F/,.%1J51F/&2732123457322K7&F7,28718,:282K2&%L= -21,L3%IL2/,I%H1F/&273212345=:583%421212345I5I,2-732&%%NH%3O738’ ?*&@’%/+’:583%421212345&:583%421L3%8F/,.%1J51F/&273212345&O7,232&2/,3%&5= I.I&:.4:,2-L237,F32,:23-%=/:2-./7&O7,23IL&.,,.14 收稿日期!)""D="#=)D&修回日期!)""D="!=)* 作者简介!顾忠茂"#?!!(#!男!江苏江阴人!研究员!放射化工专业 !!)#世纪全球能源领域面临着巨大挑战% 为了解决不断增长的能源需求与日益严重的环境污染及温室效应之间的尖锐矛盾!缓和因争夺有限资源而发生的地区冲突!必须从现在起就着手对世界能源结构进行调整!特别是应逐步改变目前以化石燃料为主的能源格局%因此!人们迫切需要寻找新的洁净能源!以逐步取代现有的化石燃料!达到减少污染物与温室气体排放$最终实现零排放的目的%在人们探索的众多新能源中!氢能以其热值高$无污染$不产生温室气体等独特优点!正在引起人们越来越多的关注%氢能开发正在引发一场深刻的能源革命!并将成为)#世纪理想的二次能源% 目前的制氢原料主要是化石燃料!制氢过程中同样存在环境污染和温室效应问题 % 欲实现能源生产和利用的无污染$零排放! 必须寻找可持续利用的洁净的一次能源!用于生产二次能源"""氢#核能有可能取代化石燃料而成为今后制氢的一次能源!核能与氢能的结合将使能源生产和利用的全过程实现洁净化# A!氢能的特点氢能的主要特点是资源丰富$热值高和无污染# #%资源丰富氢!不仅是最轻的气体!而且是宇宙中最古老的物质#根据大爆炸宇宙学说!宇宙发生大爆炸后约<-.1!质子和中子开始合成氢原子并占据了宇宙物质的大部分#所以!地球上的氢资源极其丰富#据估算!地球上的海水有 #’高温和几十大气压的蒸汽!以超音速通过火箭尾部喷管喷出!产生巨大推力#美国的阿波罗宇宙飞船$ 西欧的阿利亚娜火箭$日本的 T=#火箭及我国的+长征,运载火箭!均以液氢为燃料&#!<’# 氢内燃机可作为燃氢汽车的动力装置#自 )"世纪C"年代开始!德国宝马$奔驰!日本三菱!美国别林等公司均系统地研究开发了氢内燃机!其中!以德国宝马公司的研发成果最为卓著#美国福特公司于#??E年开始研究氢内燃机!其发动机热效率比汽油机约提高#DU&!’# 氢能飞机的试验早在#?D*年就曾在美国的V=DC飞机上获得成功##?C<年!(+6+开始研究超$亚音速液氢飞机的设计方案 !洛克希德公司也进行了系统研究!目前已提出对波音$ +<""$WQ=#"等类飞机改用液氢燃料的设计方案&#’#德国奔驰空中客车公司与俄罗斯合作研制氢能飞机!采用亚琛大学研制成的新型发动机燃烧室!(R8 的排放量比汽油燃料的排放量减少C"U&D’# DFD!燃料电池氢能发电有多种形式!以燃料电池最为重要#燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置!能量转化效率高达E"U以上!远高于温差电池的#"U和太阳能电池的)"U的转化效率#燃料电池的这一独特优点使它被列为未来世界十大科技之首&*’#作为高效率$无噪声$ 无污染的电源!燃料电池有望成为航天$电动车辆和分散式供电的首选电源# 在各种类型的燃料电池)分别以甲醇$天然气$煤气和氢气等为燃料%中!以氢气为燃料的质子交换膜燃料电池)X0YZQ%最适合应用于 #<第#期!!顾忠茂-氢能利用与核能制氢研究开发综述电动汽车上!#?*)年"杜邦公司研制出全氟磺酸膜!#?*D年"@0公司将此膜用于X0YZQ" 用于双子星宇宙飞船中作为备用电源!)"世纪E"年代末"美国洛斯#阿拉莫斯国家实验室的研究人员对质子交换膜的铂催化剂作了大量改进"铂的用量减少了?"U"使燃料电池朝实用化方向迈进了一大步! )""#年"处于全球领先地位的加拿大巴拉德公司开发出了功率密度高达# 计划目标为 D"]$N[%E&!最近"美国政府又拨款#C亿美元"开发氢燃料电池电动车"希望在)"年内成功开发出具有经济竞争力的氢能车辆"取代目前的燃油汽车!日本的目标是 )")"年实现 D""万辆氢燃料电池车上路! 我国国家科技部于#??C年批准将燃料电池技术列为国家)九五*计划重大科技攻关项目之一%C&"以大连化学物理研究所为牵头单位"在国内全面开展X0YZQ研究"并于)""#年#月研制成功了<"N[X0YZQ电动汽车%E&! DFG!氢能的潜在军事用途!H" 氢能最引人注目的潜在军用方向是金属氢武器!金属氢武器的爆炸威力相当于相同质量 9(9炸药的)D!\’T583%421 L3%8F/,.%17I7-7M%31F/&2732123457LL&./7,.%1( W0=+Q"D=""R‘))C)D$‘%’A6(R‘(\")""#’ $##%[+\90‘6\"[+W0W"\0[_6W’9371I.,.%1 ,%71F/&273*:583%421212345I5I,2-$;%’(F/&2= 73012345")""<"!)&#’(DD=*)’ $#)%[+W0 W"WRQ9R‘ ‘"X0WW_QR‘W > \’ 69+‘=T)(9:2I2/F32,371IL%3,7J&27F,%1%-%FI 327/,%3H%3:583%421L3%8F/,.%171882I7&.17,.%1 $Q%**X3%/#",:.1,/%1H1F/&214’A6+($I’ 1’%")"")(#=#"’ $#<%dR6_T_W+>’+I.-F&7,.%1I,F85%HA9=<,:23= -%/:2-./7&:583%421L3%8F/,.%1L3%/2II$;%’_1, ;T583%421012345"#??""#D(#C#=#CE’ $#!%Y+‘6T+\\ + Q’+17II2II-21,%H327/,%3 ,5L2IH%3,:23-%/:2-./7&:583%421L3%8F/,.%1( 6+(W)"")="D#<$‘%’A6+(+(\")"")’ $#D%@‘+(9XY’012345H%3,:2/.,5%H,:2HF,F32 $Y%’+-23./71_1I,.,F,2%HX:5I./I(9:2_18FI= ,3.7&X:5I./.I,")"")())=)D’ $#*%_d(Q)""))+O%3&8%H%LL%3,F1.,.2I$;%’(F= /&273(2OI")"")"!D&C’(D<=DC’ $#C%+-23./71(F/&2736%/.2,5’+-23./711F/&273I%= /.2,5O.1,23-22,.14((F/&273718212345.182= L21821/2$;%’(F/&273(2OI")"")"!D&*’(!"= DE’ D<第#期!!顾忠茂(氢能利用与核能制氢研究开发综述

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