如何製造生物氫

Ⅰ 什麼是生物質制氫

生物質資源豐富，是重要的可再生能源。可以通過生物質汽化和微生物制氫。

（1）生物質汽化制氫。生物質汽化制氫就是將生物質原料如薪柴、鋸末、麥秸、稻草等壓製成型，在汽化爐或裂解爐中進行汽化或裂解反應，製得含氫的燃料氣。我國在生物質汽化技術領域的研究已取得一定成果，中科院廣州能源所多年來進行了生物質汽化的研究，其汽化產物中氫氣約佔10%。雖然可以作為農村的生活燃料，但氫含量比較低。在國外，由於轉化技術的提高，生物質汽化已能大規模生產水煤氣，其氫氣含量大大提高。

（2）微生物制氫。微生物也可以用來制氫。微生物制氫的方法已經受到人們的關注。利用微生物在常溫常壓下進行酶催化反應可以製得氫氣。生物質產氫主要有化能營養微生物產氫和光合微生物產氫兩種方式。屬於化能營養微生物的是各種發酵類型的一些嚴格厭氧菌和兼性厭氧菌。發酵微生物制氫的原始基質是各種碳水化合物、蛋白質等，目前已有利用碳水化合物發酵制氫的專利，並利用所產生的氫氣作為發電的能源。光合作用產氫是指微型藻類和光合作用細菌等光合微生物的產氫過程與光合作用相聯系。20世紀90年代初，中科院微生物所、浙江農業大學等單位曾進行「產氫紫色非硫光合細菌的分離與篩選研究」及「固定光化合細菌處理廢水過程產氫研究」等，取得一定成果。

目前，國外已經出現了一種應用光化合作用細菌產氫的優化生物反應器，其產氫規模可以達到日產氫2800立方米。這種方法採用各種工業和生活有機廢水及農副產品的廢料為基質，進行光化合細菌的連續培養，在產氫的同時可以凈化廢水，並獲得單細胞蛋白。這種方法具有一定的發展前景。

（3）甲醇重整制氫。甲醇重整制氫是以甲醇為原料，採用甲醇重整生產氫氣技術。很久以前，這種技術在國內外就已經商業化了。目前，該技術已廣泛用於電子、冶金、食品及小型石化行業中。甲醇重整制氫技術與大規模的天然氣、輕油、水煤氣等轉化制氫相比，具有流程短、投資省、耗能低、無環境污染等特點。

甲醇加水重整反應是一個多組分、多反應的氣固催化復雜反應系統。甲醇液和脫鹽水按一定比例混合後，經計量泵升壓進入原料汽化器進行汽化和加熱。

汽化原料和反應所需的熱量由導熱油爐系統提供。原料汽在汽化器內加熱到220℃後，進入甲醇重整反應器，在反應器內發生重整反應，生成氫、二氧化碳和一氧化碳等混合氣體。反應後混合氣體經過換熱器與原料液進行熱交換，再經過凈化塔洗滌後送進氣液分離緩沖罐分離未反應的甲醇和水，使重整氣中甲醇含量達到規定質量要求，完成制氣。

冷凝和洗滌下來的液體為甲醇和水的化合物，全部送回配液罐回收循環使用。合格的轉化氣經過一套由多台吸附塔並聯交替操作的變壓吸附系統，一次性吸附分離所有雜質，得到純度和雜質含量都合格的氫氣。

（4）其他含氫物質制氫。國外曾研究從硫化氫中製取氫氣。我國有豐富的氫資源，如河北省趙蘭庄油氣田開採的天然氣中氫含量高達90%以上，其儲量達數千萬噸，是一種寶貴資源。從硫化氫中製取氫有許多方法，我國在20世紀90年代開展了多方面的研究，如中國石油大學進行了「間接電解法雙反應系統製取氫氣與硫黃的研究」取得進展，正進行擴大試驗。

中科院感光所等單位進行了「多相光催化分解硫化氫的研究」及「微波等離子體分解硫化氫制氫的研究」等。各種研究結果將為今後充分合理利用寶貴資源、提供清潔能源及化工原料奠定基礎。

（5）各種化工過程副產氫氣的回收。多種化工過程如電解食鹽制鹼工業、發酵制酒工業、合成氨化肥工業、石油煉制工業等均有大量副產品氫氣產生，如能採取適當的措施進行氫氣的分離回收，每年可得到數億立方米的氫氣。

（6）用葡萄糖制氫。葡萄糖也可以用來制氫。1996年10月，英美科學家利用生活在地下熱水出口附近的細菌產生的酶，把葡萄糖轉化為氫和水。具體說來，就是從包括青草在內的植物基本組成成分——纖維素中分解出葡萄糖，然後以酶促使葡萄糖氧化，從而得到清潔燃料氫分子。這種制氫的方法優點非常明顯，首先，它所用的植物纖維素來源豐富；其次，可以大量培養能在熱水中迅速繁殖的酶，其方法簡單，投資也很少。

Ⅱ 生產氫工藝方法優缺點比較

l、氫的產生途徑
1.1電解水制氫．
水電解制氫是目前應用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的
逆過程，因此只要提供一定形式一定能量，則可使水分解。提供電能使水分解製得氫氣的效率一般在
75-85％，其工藝過程簡單，無污染，但消耗電量大，因此其應用受到一定的限制。利用電網峰谷差電解水制氫，作為一種貯能手段也具有特點。我國水力資源豐富，利用水電發電，電解水制氫有其發展前景。太陽能取之不盡，其中利用光電制氫的方法即稱為太陽能氫能系統，國外已進行實驗性研究。隨著太陽電池轉換能量效率的提高，成本的降低及使用壽命的延長，其用於制氫的前景不可估量。同時，太陽能、風能及海洋能等也可通過電製得氫氣並用氫作為中間載能體來調節，貯存轉化能量，使得對用戶的能量供應更為靈活方便。供電系統在低谷時富餘電能也可用於電解水制氫，達到儲能的目的。我國各種規模的水電解制氫裝置數以百計，但均為小型電解制氫設備，其目的均為制提氫氣作料而非作為能源。隨著氫能應用的逐步擴大，水電解制氫方法必將得到發展。
1．2礦物燃料制氫
以煤、石油及天然氣為原料製取氫氣是當今製取氫氣是主要的方法。該方法在我國都具有成熟的工藝，並建有工業生產裝置。
（1）煤為原料製取氫氣
在我國能源結構中，在今後相當長一段時間內，煤炭還將是主要能源。如何提高煤的利用效率及
減少對環境的污染是需不斷研究的課題，將煤炭轉化為氫是其途徑之一。
以煤為原料製取含氫氣體的方法主要有兩種：一是煤的焦化（或稱高溫干餾），二是煤的氣化。焦化是指煤在隔絕空氣條件下，在90－1000℃製取焦碳副產品為焦爐煤氣。焦爐煤氣組成中含氫氣55-60％（體積）甲烷23-27％、一氧化碳6-8％等。每噸煤可得煤氣300－350m3，可作為城市煤氣，
亦是製取氫氣的原料。煤的氣化是指煤在高溫常壓或加壓下，與氣化劑反應轉化成氣體產物。氣化
劑為水蒸汽或氧所（空氣），氣體產物中含有氫有等組份，其含量隨不同氣化方法而異。我國有大批中小型合成氫廠，均以煤為原料，氣化後製得含氫煤氣作為合成氨的原料。這是一種具有我國特點的取得氫源方法。採用OGI固定床式氣化爐，可間歇操作生產製得水煤氣。該裝置投資小，操作容易，其氣體產物組成主要是氫及一氧化碳，其中氫氣可達60％以上，經轉化後可製得純氫。採用煤氣化制氫方法，其設備費占投資主要部分。煤地下氣化方法近數十年已為人們所重視。地下氣化技術具有煤
資源利用率高及減少或避免地表環境破壞等優點。中國礦業大學餘力等開發並完善了"長通道、大斷
面、兩階段地下煤氣化"生產水煤氣的新工藝，煤氣中氫氣含量達50％以上，在唐山劉庄已進行工業性試運轉，可日產水煤氣5萬m3，如再經轉化及變壓吸附法提純可製得廉價氫氣，該法在我國具有一定開發前景．我國對煤制氫技術的掌握已有良好的基礎，特別是大批中小型合成氨廠的制氫裝置遍布各地，為今後提供氫源創造了條件。我國自行開發的地下煤氣化制水煤氣獲得廉價氫氣的工藝已取得
階段成果，具有開發前景，值得重視。
（2）以天然氣或輕質油為原料製取氫氣
該法是在催化劑存在下與水蒸汽反應轉化製得氫氣。主要發生下述反應：
CH4＋H2O→CO＋H2
CO＋H2O→COZ＋HZ
CnH2h＋2＋Nh2O→nCO＋（Zh＋l）HZ
反應在800-820℃下進行。從上述反應可知，也有部分氫氣來自水蒸汽。用該法製得的氣體組
成中，氫氣含量可達74％（體積），其生產成本主要取決於原料價格，我國輕質油價格高，制氣成本貴，採用受到限制。大多數大型合成氨合成甲醇工廠均採用天然氣為原料，催化水蒸汽轉化制氫的工藝。我國在該領域進行了大量有成效的研究工作，並建有大批工業生產裝置。我國曾開發採用間歇式天然氣蒸汽轉化制氫工藝，製取小型合成氨廠的原料，這種方法不必用采高溫合金轉化爐，裝置投資成本低。以石油及天然氣為原料制氫的工藝已十分成熟，但因受原料的限制目前主要用於製取化工原
料。
（3）以重油為原料部分氧化法製取氫氣
重油原料包括有常壓、減壓渣油及石油深度加工後的燃料油，重油與水蒸汽及氧氣反應製得含氫
氣體產物。部分重油燃燒提供轉化吸熱反應所需熱量及一定的反應溫度。該法生產的氫氣產物成本
中，原料費約佔三分之一，而重油價格較低，故為人們重視。我國建有大型重油部分氧化法制氫裝置，用於製取合成氫的原料。
1．3生物質制氫
生物質資源豐富，是重要的可再生能源。生物質可通過氣化和微生物制氫。
（1）生物質氣化制氫
將生物質原料如薪柴、麥秸、稻草等壓製成型，在氣化爐（或裂解爐）中進行氣化或裂解反應可製得含氫燃料。我國在生物質氣化技術領域的研究已取得一定成果，在國外，由於轉化技術的提高，生物質氣化已能大規模生產水煤氣，其氫氣含量大大提高。
（2）微生物制氫
微生物制氫技術亦受人們的關注。利用微生物在常溫常壓下進行酶催反應可製得氫氣。生物質
產氫主要有化能營養微生物產氫和光合微生物產氫兩種。屬於化能營養微生物的是各種發酵類型的
一些嚴格厭氧菌和兼性厭氧菌）發酵微生物放氫的原始基質是各種碳水化合物、蛋白質等。目前已有
利用碳水化合物發酵制氫的專利，並利用所產生的氫氣作為發電的能源。光合微生物如微型藻類和
光合作用細菌的產氫過程與光合作用相聯系，稱光合產氫。
1．4其它合氫物質制氫
國外曾研究從硫化氫中製取氫氣。我國有豐富的H25資源，如河北省趙蘭庄油氣田開採的天然氣中H多含量高達90％以上，其儲量達數千萬噸，是一種寶貴資源，從硫化氫中制氫有各種方法，我國在90年代開展了多方面的研究，各種研究結果將為今後充分合理利用寶貴資源，提供清潔能源及
化工原料奠定基礎。

Ⅲ 生物制氫的情況

生物質資源豐富，是重要的可再生能源。生物質可通過氣化和微生物催化脫氫方法制氫。在生理代謝過程中產生分子氫，可分為兩個主要類群:
l、包括藻類和光合細菌在內的光合生物;
Rhodbacter8604，R.monas2613，R.capsulatusZ1，R.sphaeroides等光合生物的研究已經開展並取得了一定的成果。
2、諸如兼性厭氧和專性厭氧的發酵產氫細菌。
目前以葡萄糖，污水，纖維素為底物並不斷改進操作條件和工藝流程的研究較多。中國在此方面研究也取得了一些進展，任南形琪等1990年就開始開展生物制氫技術的研究，並於
1994年提出了以厭氧活性污泥為氫氣原料的有機廢水發酵法制氫技術，利用碳水化合物為原料的發酵法生物制氫技術。該技術突破了生物制氫技術必須採用純菌種和固定技術的局限，開創了利用非固定化菌種生產氫氣的新途徑，並首次實現了中試規模連續流長期生產持續產氫。在此基礎上，他們又先後發現了產氫能力很高的乙醇發酵類型發明了連續流生物制氫技術反應器，初步建立了生物產氫發酵理論，提出了最佳工程式控制制對策。該項技術和理論成果在中試研究中得到了充分的驗證:中試產氫能力達5.7m3H2/m3.d，制氫規模可達500-1000m3/m3，且生產成本明顯低於目前廣泛採用的水電解法制氫成本。
生物制氫過程可以分為5類:(1)利用藻類或者青藍菌的生物光解水法;(2)有機化合物的光合細菌(PSB)光分解法;(3)有機化合物的發酵制氫;(4)光合細菌和發酵細菌的耦合法制氫;(5)酶催化法制氫。
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Ⅳ 氫能源汽車提供動力的氫應該如何研製

氫是氫能汽車的主要能源。氫在自然界中以化合物的形式存在。氫氣的開發主要有以下幾種方法

一、通過分解水產生氫氣

水電是一種廉價的可再生資源。水力電解水制氫是一種常用的方法；特別是直接熱化學水裂解、光電化學水裂解、光熱發電電解水、光催化水裂解等制氫技術發展迅速，是近期替代化石燃料的發展方向。對於水資源、風能資源、太陽能資源豐富的地區，電解水不僅可以生產廉價的氫氣，還可以實現資源的合理互補利用，具有一定的現實意義。

氫能儲運技術是發展氫能有效利用的重要課題。目前比較常用的儲運方式有氫氣壓縮，即高壓氫氣的儲運，即氫氣壓縮的壓力為25 ~ 30 mpa甚至更高，這就使用了特殊的鋼瓶、高壓儲氫容器，便於儲運。但由於氫氣密度低，氫氣的重量遠低於鋼瓶的重量，存在爆炸的風險，是一種效率較低的方法；對於氫氣的液化儲存和運輸，氫氣在室溫下是氣態的，並且具有非常大的體積。很大。較好的儲運方式是液氫液化和液氫運輸。但液氫生產技術落後，工藝流程相對落後，設備陳舊，生產規模小。因此，液氫價格昂貴，應用范圍有限；金屬氫化物的儲存和運輸。儲氫金屬或合金是指在一定溫度和氫氣壓力下，能夠可逆地吸收、儲存和釋放氫氣的金屬間化合物。金屬氫化物儲氫是目前應用最廣泛的儲氫材料，具有能耗低、容量大、制備技術成熟、安全可靠等優點。

Ⅳ 什麼是生物制氫

生物制氫的原理是，模擬葉綠素植物的光合作用，並使光合作用僅僅停留在分解水的階段。美、英、俄等國科學家先後發明了葉綠體制氫裝置。在實驗室中用1克葉綠素，1小時可產生出1立方分米氫氣，並且能量轉換率高達75%。

近年來，人們還發現江河湖海里的藻類低等植物，有些也具有以水制氫的能力。如美國科學家加弗隆發現一種藍綠色的藻類，其光合作用非常特殊，不是像一般植物那樣，把二氧化碳轉變為氧氣，而是通過光和菌的作用把水轉變為氫氣。迄今，人們已找到了一些具有類似功能的微生物，如小球藻、固氮藍藻等。

日本通產省自1991年起實施了為期8年的高效制氫的國際研究開發計劃，重點是研究制氫的光合細菌和藻類，並發現其生產機理，以便在工業上能夠得到利用。