回顧人類使用能源的歷史

本文格式為Word版，下載可任意編輯——回顧人類使用能源的歷史氫能源第一組林雨農(nóng)陳栢林陳子敬陳昶宏吳志杰吳佳靜吳宇耕吳侑儒葉明婷閻正剛王婉馨李依純Introduction閻正剛回顧人類使用能源的歷史化石燃料的開(kāi)發(fā)和熱的利用畜力風(fēng)力水力等自然動(dòng)力的利用原子核能的發(fā)現(xiàn)及開(kāi)發(fā)利用電的發(fā)現(xiàn)及開(kāi)發(fā)利用火的發(fā)現(xiàn)和利用面臨問(wèn)題目前全球能源結(jié)構(gòu)石油514煤炭308核能90自然氣67再生能源21氫能源的優(yōu)勢(shì)2H2O22H2O產(chǎn)物為H2O零污染氫的燃燒熱值高H286kJmol汽油的3倍酒精的39倍焦炭的45倍氫能源發(fā)展待解決的問(wèn)題1如何產(chǎn)氫2氫氣的儲(chǔ)存目前朝利用太陽(yáng)能的方向進(jìn)行研究Ex高壓鋼瓶合金金屬儲(chǔ)氫吸附儲(chǔ)氫產(chǎn)氫的方法Watersplitting化石燃料製氫生質(zhì)製氫技術(shù)Watersplitting林雨農(nóng)Watersplitting最一開(kāi)始的方式電解水H2OH2O2Watersplitting的方法再生能源製氫太陽(yáng)能源1提高能源供給2環(huán)保訴求太陽(yáng)光能製氫法主要方法有1太陽(yáng)能電池結(jié)合水電解法2直接光催化將水分解製氫法3太陽(yáng)熱能分解製氫法光觸媒當(dāng)化學(xué)物質(zhì)受到光線照射時(shí)可藉光的能量促使化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)生EX冷氣機(jī)的殺菌光能分解水的光觸媒受到光的照射會(huì)生成電子及電洞電子水分子氫氣電洞半導(dǎo)體氧氣光電化學(xué)產(chǎn)氫技術(shù)PECPhotoElectroChemical光催化反應(yīng)產(chǎn)氫技術(shù)Photocatalytic光觸媒外觀Step1Step2Step3Step3ehParticulatephotocatalystHvEgRecombinationHH2O2H2OPrinciple水分解三大需求能量需求過(guò)電壓穩(wěn)定性水溶液能階位置上下TitaniumDioxideTiO2二氧化鈦陳子敬TiO2OccursinnatureaswellknownmineralsRutileAnataseandBrookiteMoststableisRutileAllcontained6coordinatedtitaniumTheirbandgapsaresimilar30eVforRutileand315eVforAnataseUnitcellofRutileUnitcellofAnataseHondaFujishimaEffectDiscoveredbyAKIRAFUJIJSHIMAandKENICHIHONDAin1972SuggestedthatwatercanbedecomposedbyvisiblelightwithoutanyexternalvoltageTiO22hv2e2p2pH2OO22H2eHH2OverallH2O2hvO2H2ThiseffectisverysimilartothephotosynthesisprocessDevelopmentofTiO2EfficiencyislowwhenpureTiO2isusedOvertheyearsdifferentmaterialshavebeenusedtodevelopTiO2ReplacementofPtwithRhasthecocatalystTiO2combinewithmetaloxidesegSrOtometaltanalatesSrTiO3NiOdepositiononthemetaltanalatesimprovestheQuantumEfficienciesQEsRhRuRePtIrPdOsCoThetablebelowshowssomeofthephotocatalyststhathavebeendevelopedovertheyears化石燃料製氫陳栢林簡(jiǎn)介世界上商業(yè)用氫氣大約有96來(lái)源照舊仰賴化石燃料化石燃料製造氫氣依原料不同大致可分為固態(tài)液態(tài)以及氣態(tài)三種化石燃料製氫煤製氫煤的焦化煤的汽化1CsH2OgCOgH2g2COgH2OgCO2gH2g自然氣製氫自然氣水蒸氣重整製氫CH4g2H2OgCO2g4H2g自然氣水蒸氣重整與片面氧化法製氫CH4g05O2gCOg2H2g自然氣裂解製CH4gCs2H2g液體化石能源製氫甲醇產(chǎn)氫反應(yīng)CH3OHlH2OgCO2g3H2g輕質(zhì)油製氫重油片面氧化法製氫自然氣水蒸氣重整製氫1CH4gH2OgCOg3H2g2COgH2OgCO2gH2g總反應(yīng)CH4g2H2OgCO2g4H2g氫氣產(chǎn)率75甲醇蒸氣重組產(chǎn)氫貴屬系鉑鈀優(yōu)點(diǎn)在於活性高選擇性好穩(wěn)定性佳缺點(diǎn)價(jià)格振奮且受一氧化碳毒化銅系觸媒活性雖如貴屬系但由於價(jià)格宜具有商業(yè)化之潛能電漿重組製氫優(yōu)點(diǎn)不需使用觸媒銅系觸媒CuZnZrAl2O3觸煤製備方法初濕含浸法incipientwetnessTaylorCEIndEngChemRes20224689068909甲醇電漿重組製氫高能量將氧化氣體變?yōu)殡姖{氣利用高導(dǎo)熱導(dǎo)電性能以及富含離子電子自由基可使混合良好的液體或氣體燃料充分加速反應(yīng)產(chǎn)生以氫氣與一氧化碳為主的合成氣體生質(zhì)製氫技術(shù)葉明婷生物法製氫途徑光合作用photosynthesis光醱酵lightfermentation暗醱酵darkfermentation30光合作用photosynthesishydrogenase2H2FdH22Fd發(fā)展歷史最久研究最為透徹產(chǎn)氫效率較差需較大反應(yīng)面積不適合臺(tái)灣發(fā)展31光醱酵lightfermentationGlucose6H2O6CO212H2廢棄有機(jī)物降解解決環(huán)境汙染可將有機(jī)物完全分解光醱酵菌中nitrogenase需高能合成氫氣太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率低反應(yīng)器建構(gòu)複雜32暗醱酵darkfermentationC6H12O62H2O2CH3COOH4H22CO2C6H12O6CH3COOH2H22CO2H2非完全降解有伴隨其他產(chǎn)物乙酸乙醇etc操作條件要求低常溫常壓免日光可不分晝夜代謝速率最快效率最高33生物氫能國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)況34儲(chǔ)氫吳宇耕未來(lái)是氫能的時(shí)代如何儲(chǔ)氫決定氫能經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)壓縮儲(chǔ)氫以壓縮氣體形式儲(chǔ)氫是目前最普遍儲(chǔ)氫方式目前燃料電池車的儲(chǔ)存壓力大約落在2535MPa之間研究發(fā)展目前為了儲(chǔ)存足夠的能源以滿足載客汽車所需行駛的里程數(shù)目前已有測(cè)試壓力達(dá)到70MPa其能將效率由19wt提升到3wt氫的壓縮1壓縮功在溫度T和壓力為P1和P2之間的等溫壓縮所需的功為WATlogP2P1A為一經(jīng)驗(yàn)壓力修正係數(shù)低壓170MPa為082絕熱壓縮絕熱壓縮需要更多的能量輸入較佳的方式為多階段中高壓風(fēng)冷式壓縮機(jī)其能夠?qū)坞A段式的能量輸入減少一半高壓氫槽安好性在乘客身邊的高壓氫槽安好性現(xiàn)已列入主要研究重點(diǎn)增加容器的抗壓性玻璃塑鋼材料液態(tài)氫儲(chǔ)氫王婉馨AdvantagesDisadvantagesExamplesAdvantages以液氫儲(chǔ)氫具有較高的體積能量密度常溫常壓下液氫的密度為氣態(tài)氫的845倍845Disadvantages需要耗用許多能源儲(chǔ)存本金較昂貴安好技術(shù)較複雜BMW旗下第一款豪華氫氣動(dòng)力房車Hydrogen7多層複合金屬材質(zhì)再加上3mm的中空設(shè)計(jì)讓儲(chǔ)存槽內(nèi)的溫度得以經(jīng)常保持在250根據(jù)BMW的官方資料這個(gè)儲(chǔ)存槽的保溫性能可以讓放在裡面的雪人得要花上17年的時(shí)間才能溶解儲(chǔ)氫金屬儲(chǔ)氫李依純儲(chǔ)氫金屬之儲(chǔ)氫原理LiAlH4NaBH4等含氫化合物化學(xué)氫化物之氧化還原電化學(xué)方法金屬吸附氫氣體儲(chǔ)氫吸附型儲(chǔ)氫金屬作用機(jī)制儲(chǔ)氫合金應(yīng)用儲(chǔ)氫合金應(yīng)用吸附儲(chǔ)氫吳佳靜吳侑儒吸附儲(chǔ)氫物理vs化學(xué)吸附優(yōu)點(diǎn)1儲(chǔ)存條件溫和2本金較低3使用安好4儲(chǔ)存效率高活性碳低溫高壓圖片來(lái)自周里周亞平中國(guó)科學(xué)B輯第26卷第5期1996奈米碳管PicturefrompaperpublishedinNanotechnologyVol17No1514August2022pp392039242022優(yōu)點(diǎn)材料尺寸很小獨(dú)特的晶格排列及較大的比外觀積奈米碳管原理1奈米碳管的碳是以不飽和的SP2軌域鍵結(jié)而成2形成多孔性的結(jié)構(gòu)3奈米的尺度和氫氣分子大小差不多4被相鄰的碳原子所吸引5毛細(xì)力可以使氫氣壓縮在孔洞中大批生產(chǎn)奈米碳管的技術(shù)開(kāi)發(fā)價(jià)格的壓低發(fā)展BN奈米管3Narita和Oku等人指出BN奈米管儲(chǔ)存量較高而在吸附性質(zhì)方面他們推斷有70的氫為化學(xué)吸附30為物理吸附2BN奈米管的性質(zhì)優(yōu)於一般的奈米碳管BN奈米管不易氧化且不易燒毀因此適用於高溫下而且具有半導(dǎo)體的性質(zhì)1氮化硼和石墨的結(jié)構(gòu)相近特別是六邊型的氮化硼有類似石墨的層狀結(jié)構(gòu)TangCCBandoYDingXXQiSRGolbergDJAmChemSoc硫化物奈米管1MoS2和TiS22奈米管性質(zhì)和BN奈米管類似3物理吸附外還明顯表現(xiàn)出化學(xué)吸附4MoS2的晶體包含與氫作用較強(qiáng)的S原子以及較弱的Mo原子MetalOrganicframework過(guò)渡金屬有機(jī)配體組裝成的結(jié)構(gòu)MOF5CavityZn4OBDC3BDC14benzenedicarboxylateClusterZn4O6LinkerO2CC6H4CO2MetalOrganicframework材料特性1高比外觀積20003000m2g2低密度021041gcm3儲(chǔ)氫才能77K下儲(chǔ)氫才能45wt室溫下以20Bar高壓儲(chǔ)氫才能10wtP越大吸氫才能越大78K298KMOF儲(chǔ)氫效能設(shè)計(jì)高孔性結(jié)構(gòu)孔洞大小和幾何形狀互穿結(jié)構(gòu)鑽石型結(jié)構(gòu)直徑16球體四次互穿MOF儲(chǔ)氫效能設(shè)計(jì)活性金屬中心由小分子離去所產(chǎn)生增強(qiáng)化學(xué)吸附氫的才能輕金屬陽(yáng)離子中心的應(yīng)用原子量較小的主族元素Mg2Al3氫氣的分解吸附活性金屬如鈀鋰和結(jié)晶型配位聚合物結(jié)合MOF儲(chǔ)氫效能設(shè)計(jì)改變官能基linkerIRMOF8IRMOF6MOF54倍2倍MOF發(fā)展目標(biāo)與目前應(yīng)用增加在室溫下的儲(chǔ)氫才能增加孔洞與氫氣之間的作用力金屬有機(jī)骨架材料儲(chǔ)氫匣和3WPEM燃料電池連結(jié)並推動(dòng)iPodShuffle播放音樂(lè)的情形核能研究所結(jié)論吳志杰製氫1電漿重組產(chǎn)氫2分離助效式重組產(chǎn)氫3生質(zhì)能重組產(chǎn)氫4太陽(yáng)能產(chǎn)氫TiO2TanalatesZirconiumOxide氮化物儲(chǔ)氫1鋼瓶?jī)?chǔ)氫2液態(tài)儲(chǔ)氫3合金金屬儲(chǔ)氫4