【摘要】随着地球可开采煤、石油资源的日益耗竭以及开采成本的日益提高，氢气作为可再生绿色新能源日益彰显出它的优势。开发混氢燃料，不仅符合低碳环保的形势要求，而且对提高氢能的开发利用水平、开拓能源利用新局面意义重大。
　　
【关键词】氢能利用 混氢燃料 制氢 储氢
　　
1 引言
　　
煤与石油是地球上储量有限且不可再生的碳氢有机资源，更应当留作石油化工原料为子孙后代造福。当做燃料烧掉太可惜了。据统计，2009的世界石油剩余探明储量约1800亿吨。可开采储量按1000亿吨计算，世界年消耗石油按20亿吨算，世界石油最多仅够用50年。有报道称世界石油储量疑被夸大，专家预测40年后全球石油枯竭。如果石油耗竭，人类建立在石油文明基础上的物质文明将遭受釜底抽薪式的重创。现在廉价的化纤、塑料、农药等生产、生活物资的供应基础不复存在，生产、生活成本必将猛增，经济结构必将发生重大变化。人类不能杀鸡取卵式地破坏地球攫取日益昂贵稀缺的资源。改变现有石油消费结构（据报道现有石油消费的近80%用于燃料），开发新能源势在必行。
　　
从上世纪70年代起，人们开始将氢气看成化石燃料的替代品并对其寄予厚望。同化石燃料相比：氢气有着丰富的来源，地球上的水可谓取之不尽；氢气的质量更轻，氢气是世界上已知的最轻的气体。它的密度非常小，只有空气的1/14，即在标准大气压，0℃下，氢气的密度为0.0899g/L；氢气燃烧后得到的产物是水，不会产生温室气体和其它有害污染物；氢燃烧的热值高居各种燃料之冠，据测定，1千克氢可以代替3千克煤油。
　　
要使氢气作为燃料替代汽油，面临着两大难题，一是如何更经济地获得，二是如何安全且密集地存储。
　　
2 制氢技术
　　
氢气的制取，除了从富氢混合气中进行氢气的富集纯化外，必定要从富含氢元素的化合物中制取。规模性制氢技术按原料分主要有：水分解制氢、矿物燃料制氢、生物质制氢、硫化氢分解制氢。水分解制氢以电解制氢为主，所需电能可以有多种来源，除燃煤火力发电外，还有水利发电，风力发电、太阳能发电、核能发电等等。矿物燃料制氢包括以煤为原料制取焦炉煤气或加水转化为水煤气，以天然气为原料进行水蒸气转化。生物质制氢包括生物质原料如薪柴、锯末、稻草等的裂解转化生产水煤气，以及生物质原料的发酵制氢。硫化氢分解制氢是为开发富含硫化氢的气体矿而研究的。
　　
可见，水是地球赋予人类的取之不尽的氢矿。水电解制氢，按照产生1kg氢气需耗电50kw.h（度），约25元人民币计算，当汽油价格超过每升8元人民币时，水电解制氢就具有经济竞争力。
　　
与制氢技术相比，储氢技术更具难度和挑战性，是目前影响氢能应用的主要技术障碍。
　　
3 储氢技术
　　
常规来说，将气体压缩储存在钢瓶里并非难事。但如要达到一定的储氢密度，则必须采取先进技术手段。例如，使用水容积40L的钢瓶在15MPa下储存氢气，这样的钢瓶只能储存6 m3标准氢气，大约0.5kg氢气，仅够一般轿车行驶20多公里。这样的常规储氢钢瓶的质量储氢密度不到1%，体积储氢密度仅仅13kg/m3，离美国能源部提出的储氢系统的要求（质量储氢密度应达6.5%，或单位体积储氢密度应达62kg/ m3）相差甚远。而国际权威机构则希望到2015年储氢标准提高到：质量储氢密度达9%，或单位体积储氢密度应达80kg/m3。（注：单位体积储氢密度应达62kg/m3的技术要求相当于将标态（1atm，0℃）下62×1000÷2×0.0224=694.4 m3的氢气压缩到1 m3的空间内，根据理想气体状态方程，气瓶压力要加到约700个大气压才行。）从气瓶的承压能力、氢气的扩散泄漏、安全性等多方面考虑，要达到美国能源部提出的储氢系统的要求是非常困难的。
　　
目前，储氢技术可分为气氢储存技术、液氢储存技术和固体储氢技术。其中固体储氢技术包括无机氢化物、金属合金、活性炭、有机化合物、有机液体等储氢材料对氢的吸收、储存和释放氢气性能的研究，是近年来的研究热点。
　　
研究储氢技术是为了更好地利用氢能源，而能源利用的重要方面是机动车的动力燃料供应。既然要作为燃料烧掉，则不必太介意氢气的纯度，混氢燃料具有较好开发前景。
　　
4 混氢燃料
　　
混氢燃料是指在常规燃料（汽油、柴油、燃气）中混入少量氢气，由于氢的特殊的能源特性，可使混氢燃料的各种性能大为改观。氢气可以以任意比例混入燃气中，但是，汽油、柴油中常温下可以混入氢气的量是极其有限的，混氢体积百分数不超过8%。
　　
含氧有机化合物的吸氢性能有待开发。含氧有机化合物及聚合物，比如聚醇、聚醚、纤维素等燃烧后只产生二氧化碳和水，如能开发为流体高混氢燃料，吸氢后不必将氢气解析，直接用于发动机燃烧，将有助于打开氢能利用的新局面。
　　
绿色植物的光合作用（将二氧化碳和水固定，生成有机质并释放氧气） 启示我们，选择合适的催化剂，利用二氧化碳将氢气固定，也可能成为氢能利用的突破口，一方面通过二氧化碳对氢气的固定使氢气得以高密度储存并使氢气的不安全因素得以改观，一方面使二氧化碳得以循环利用。
　　
5 氢气的安全性及开发
　　
很多人谈氢色变，担心氢气爆炸。实际上，凡是燃料都有能量，都隐藏着着火和爆炸的危险，汽油、天然气、液化石油气都是如此。人们已经习惯了汽油、液化气，并不十分担心它们的易燃易爆性，其实汽油、液化气可以看作是被碳元素所固定下来的氢，所以人们没有理由排斥氢能的开发利用。只要人们了解了氢的特性，有效地预防控制，遵守安全使用规则，氢气是很安全的。
　　
可燃冰是一种天然气水合物，因其外观象冰一样而且遇火即可燃烧而得名。它是在一定条件下由水和天然气组成的类冰的、非化学计量的、笼形结晶化合物，是20世纪科学考察中发现的一种新的矿产资源。它的发现启示人们借助于碳、氧元素实现氢气高密度存储的可能性，为混氢燃料的开发打开了一扇窗。氢能开发势在必行，前景广阔，希望不久的将来有更多的科研单位和研究人员投入到氢能的研发中来，开拓氢能利用新局面。