如何制造生物氢

Ⅰ 什么是生物质制氢

生物质资源丰富，是重要的可再生能源。可以通过生物质汽化和微生物制氢。

（1）生物质汽化制氢。生物质汽化制氢就是将生物质原料如薪柴、锯末、麦秸、稻草等压制成型，在汽化炉或裂解炉中进行汽化或裂解反应，制得含氢的燃料气。我国在生物质汽化技术领域的研究已取得一定成果，中科院广州能源所多年来进行了生物质汽化的研究，其汽化产物中氢气约占10%。虽然可以作为农村的生活燃料，但氢含量比较低。在国外，由于转化技术的提高，生物质汽化已能大规模生产水煤气，其氢气含量大大提高。

（2）微生物制氢。微生物也可以用来制氢。微生物制氢的方法已经受到人们的关注。利用微生物在常温常压下进行酶催化反应可以制得氢气。生物质产氢主要有化能营养微生物产氢和光合微生物产氢两种方式。属于化能营养微生物的是各种发酵类型的一些严格厌氧菌和兼性厌氧菌。发酵微生物制氢的原始基质是各种碳水化合物、蛋白质等，目前已有利用碳水化合物发酵制氢的专利，并利用所产生的氢气作为发电的能源。光合作用产氢是指微型藻类和光合作用细菌等光合微生物的产氢过程与光合作用相联系。20世纪90年代初，中科院微生物所、浙江农业大学等单位曾进行“产氢紫色非硫光合细菌的分离与筛选研究”及“固定光化合细菌处理废水过程产氢研究”等，取得一定成果。

目前，国外已经出现了一种应用光化合作用细菌产氢的优化生物反应器，其产氢规模可以达到日产氢2800立方米。这种方法采用各种工业和生活有机废水及农副产品的废料为基质，进行光化合细菌的连续培养，在产氢的同时可以净化废水，并获得单细胞蛋白。这种方法具有一定的发展前景。

（3）甲醇重整制氢。甲醇重整制氢是以甲醇为原料，采用甲醇重整生产氢气技术。很久以前，这种技术在国内外就已经商业化了。目前，该技术已广泛用于电子、冶金、食品及小型石化行业中。甲醇重整制氢技术与大规模的天然气、轻油、水煤气等转化制氢相比，具有流程短、投资省、耗能低、无环境污染等特点。

甲醇加水重整反应是一个多组分、多反应的气固催化复杂反应系统。甲醇液和脱盐水按一定比例混合后，经计量泵升压进入原料汽化器进行汽化和加热。

汽化原料和反应所需的热量由导热油炉系统提供。原料汽在汽化器内加热到220℃后，进入甲醇重整反应器，在反应器内发生重整反应，生成氢、二氧化碳和一氧化碳等混合气体。反应后混合气体经过换热器与原料液进行热交换，再经过净化塔洗涤后送进气液分离缓冲罐分离未反应的甲醇和水，使重整气中甲醇含量达到规定质量要求，完成制气。

冷凝和洗涤下来的液体为甲醇和水的化合物，全部送回配液罐回收循环使用。合格的转化气经过一套由多台吸附塔并联交替操作的变压吸附系统，一次性吸附分离所有杂质，得到纯度和杂质含量都合格的氢气。

（4）其他含氢物质制氢。国外曾研究从硫化氢中制取氢气。我国有丰富的氢资源，如河北省赵兰庄油气田开采的天然气中氢含量高达90%以上，其储量达数千万吨，是一种宝贵资源。从硫化氢中制取氢有许多方法，我国在20世纪90年代开展了多方面的研究，如中国石油大学进行了“间接电解法双反应系统制取氢气与硫黄的研究”取得进展，正进行扩大试验。

中科院感光所等单位进行了“多相光催化分解硫化氢的研究”及“微波等离子体分解硫化氢制氢的研究”等。各种研究结果将为今后充分合理利用宝贵资源、提供清洁能源及化工原料奠定基础。

（5）各种化工过程副产氢气的回收。多种化工过程如电解食盐制碱工业、发酵制酒工业、合成氨化肥工业、石油炼制工业等均有大量副产品氢气产生，如能采取适当的措施进行氢气的分离回收，每年可得到数亿立方米的氢气。

（6）用葡萄糖制氢。葡萄糖也可以用来制氢。1996年10月，英美科学家利用生活在地下热水出口附近的细菌产生的酶，把葡萄糖转化为氢和水。具体说来，就是从包括青草在内的植物基本组成成分——纤维素中分解出葡萄糖，然后以酶促使葡萄糖氧化，从而得到清洁燃料氢分子。这种制氢的方法优点非常明显，首先，它所用的植物纤维素来源丰富；其次，可以大量培养能在热水中迅速繁殖的酶，其方法简单，投资也很少。

Ⅱ 生产氢工艺方法优缺点比较

l、氢的产生途径
1.1电解水制氢．
水电解制氢是目前应用较广且比较成熟的方法之一。水为原料制氢过程是氢与氧燃烧生成水的
逆过程，因此只要提供一定形式一定能量，则可使水分解。提供电能使水分解制得氢气的效率一般在
75-85％，其工艺过程简单，无污染，但消耗电量大，因此其应用受到一定的限制。利用电网峰谷差电解水制氢，作为一种贮能手段也具有特点。我国水力资源丰富，利用水电发电，电解水制氢有其发展前景。太阳能取之不尽，其中利用光电制氢的方法即称为太阳能氢能系统，国外已进行实验性研究。随着太阳电池转换能量效率的提高，成本的降低及使用寿命的延长，其用于制氢的前景不可估量。同时，太阳能、风能及海洋能等也可通过电制得氢气并用氢作为中间载能体来调节，贮存转化能量，使得对用户的能量供应更为灵活方便。供电系统在低谷时富余电能也可用于电解水制氢，达到储能的目的。我国各种规模的水电解制氢装置数以百计，但均为小型电解制氢设备，其目的均为制提氢气作料而非作为能源。随着氢能应用的逐步扩大，水电解制氢方法必将得到发展。
1．2矿物燃料制氢
以煤、石油及天然气为原料制取氢气是当今制取氢气是主要的方法。该方法在我国都具有成熟的工艺，并建有工业生产装置。
（1）煤为原料制取氢气
在我国能源结构中，在今后相当长一段时间内，煤炭还将是主要能源。如何提高煤的利用效率及
减少对环境的污染是需不断研究的课题，将煤炭转化为氢是其途径之一。
以煤为原料制取含氢气体的方法主要有两种：一是煤的焦化（或称高温干馏），二是煤的气化。焦化是指煤在隔绝空气条件下，在90－1000℃制取焦碳副产品为焦炉煤气。焦炉煤气组成中含氢气55-60％（体积）甲烷23-27％、一氧化碳6-8％等。每吨煤可得煤气300－350m3，可作为城市煤气，
亦是制取氢气的原料。煤的气化是指煤在高温常压或加压下，与气化剂反应转化成气体产物。气化
剂为水蒸汽或氧所（空气），气体产物中含有氢有等组份，其含量随不同气化方法而异。我国有大批中小型合成氢厂，均以煤为原料，气化后制得含氢煤气作为合成氨的原料。这是一种具有我国特点的取得氢源方法。采用OGI固定床式气化炉，可间歇操作生产制得水煤气。该装置投资小，操作容易，其气体产物组成主要是氢及一氧化碳，其中氢气可达60％以上，经转化后可制得纯氢。采用煤气化制氢方法，其设备费占投资主要部分。煤地下气化方法近数十年已为人们所重视。地下气化技术具有煤
资源利用率高及减少或避免地表环境破坏等优点。中国矿业大学余力等开发并完善了"长通道、大断
面、两阶段地下煤气化"生产水煤气的新工艺，煤气中氢气含量达50％以上，在唐山刘庄已进行工业性试运转，可日产水煤气5万m3，如再经转化及变压吸附法提纯可制得廉价氢气，该法在我国具有一定开发前景．我国对煤制氢技术的掌握已有良好的基础，特别是大批中小型合成氨厂的制氢装置遍布各地，为今后提供氢源创造了条件。我国自行开发的地下煤气化制水煤气获得廉价氢气的工艺已取得
阶段成果，具有开发前景，值得重视。
（2）以天然气或轻质油为原料制取氢气
该法是在催化剂存在下与水蒸汽反应转化制得氢气。主要发生下述反应：
CH4＋H2O→CO＋H2
CO＋H2O→COZ＋HZ
CnH2h＋2＋Nh2O→nCO＋（Zh＋l）HZ
反应在800-820℃下进行。从上述反应可知，也有部分氢气来自水蒸汽。用该法制得的气体组
成中，氢气含量可达74％（体积），其生产成本主要取决于原料价格，我国轻质油价格高，制气成本贵，采用受到限制。大多数大型合成氨合成甲醇工厂均采用天然气为原料，催化水蒸汽转化制氢的工艺。我国在该领域进行了大量有成效的研究工作，并建有大批工业生产装置。我国曾开发采用间歇式天然气蒸汽转化制氢工艺，制取小型合成氨厂的原料，这种方法不必用采高温合金转化炉，装置投资成本低。以石油及天然气为原料制氢的工艺已十分成熟，但因受原料的限制目前主要用于制取化工原
料。
（3）以重油为原料部分氧化法制取氢气
重油原料包括有常压、减压渣油及石油深度加工后的燃料油，重油与水蒸汽及氧气反应制得含氢
气体产物。部分重油燃烧提供转化吸热反应所需热量及一定的反应温度。该法生产的氢气产物成本
中，原料费约占三分之一，而重油价格较低，故为人们重视。我国建有大型重油部分氧化法制氢装置，用于制取合成氢的原料。
1．3生物质制氢
生物质资源丰富，是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物制氢。
（1）生物质气化制氢
将生物质原料如薪柴、麦秸、稻草等压制成型，在气化炉（或裂解炉）中进行气化或裂解反应可制得含氢燃料。我国在生物质气化技术领域的研究已取得一定成果，在国外，由于转化技术的提高，生物质气化已能大规模生产水煤气，其氢气含量大大提高。
（2）微生物制氢
微生物制氢技术亦受人们的关注。利用微生物在常温常压下进行酶催反应可制得氢气。生物质
产氢主要有化能营养微生物产氢和光合微生物产氢两种。属于化能营养微生物的是各种发酵类型的
一些严格厌氧菌和兼性厌氧菌）发酵微生物放氢的原始基质是各种碳水化合物、蛋白质等。目前已有
利用碳水化合物发酵制氢的专利，并利用所产生的氢气作为发电的能源。光合微生物如微型藻类和
光合作用细菌的产氢过程与光合作用相联系，称光合产氢。
1．4其它合氢物质制氢
国外曾研究从硫化氢中制取氢气。我国有丰富的H25资源，如河北省赵兰庄油气田开采的天然气中H多含量高达90％以上，其储量达数千万吨，是一种宝贵资源，从硫化氢中制氢有各种方法，我国在90年代开展了多方面的研究，各种研究结果将为今后充分合理利用宝贵资源，提供清洁能源及
化工原料奠定基础。

Ⅲ 生物制氢的情况

生物质资源丰富，是重要的可再生能源。生物质可通过气化和微生物催化脱氢方法制氢。在生理代谢过程中产生分子氢，可分为两个主要类群:
l、包括藻类和光合细菌在内的光合生物;
Rhodbacter8604，R.monas2613，R.capsulatusZ1，R.sphaeroides等光合生物的研究已经开展并取得了一定的成果。
2、诸如兼性厌氧和专性厌氧的发酵产氢细菌。
目前以葡萄糖，污水，纤维素为底物并不断改进操作条件和工艺流程的研究较多。中国在此方面研究也取得了一些进展，任南形琪等1990年就开始开展生物制氢技术的研究，并于
1994年提出了以厌氧活性污泥为氢气原料的有机废水发酵法制氢技术，利用碳水化合物为原料的发酵法生物制氢技术。该技术突破了生物制氢技术必须采用纯菌种和固定技术的局限，开创了利用非固定化菌种生产氢气的新途径，并首次实现了中试规模连续流长期生产持续产氢。在此基础上，他们又先后发现了产氢能力很高的乙醇发酵类型发明了连续流生物制氢技术反应器，初步建立了生物产氢发酵理论，提出了最佳工程控制对策。该项技术和理论成果在中试研究中得到了充分的验证:中试产氢能力达5.7m3H2/m3.d，制氢规模可达500-1000m3/m3，且生产成本明显低于目前广泛采用的水电解法制氢成本。
生物制氢过程可以分为5类:(1)利用藻类或者青蓝菌的生物光解水法;(2)有机化合物的光合细菌(PSB)光分解法;(3)有机化合物的发酵制氢;(4)光合细菌和发酵细菌的耦合法制氢;(5)酶催化法制氢。
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Ⅳ 氢能源汽车提供动力的氢应该如何研制

氢是氢能汽车的主要能源。氢在自然界中以化合物的形式存在。氢气的开发主要有以下几种方法

一、通过分解水产生氢气

水电是一种廉价的可再生资源。水力电解水制氢是一种常用的方法；特别是直接热化学水裂解、光电化学水裂解、光热发电电解水、光催化水裂解等制氢技术发展迅速，是近期替代化石燃料的发展方向。对于水资源、风能资源、太阳能资源丰富的地区，电解水不仅可以生产廉价的氢气，还可以实现资源的合理互补利用，具有一定的现实意义。

氢能储运技术是发展氢能有效利用的重要课题。目前比较常用的储运方式有氢气压缩，即高压氢气的储运，即氢气压缩的压力为25 ~ 30 mpa甚至更高，这就使用了特殊的钢瓶、高压储氢容器，便于储运。但由于氢气密度低，氢气的重量远低于钢瓶的重量，存在爆炸的风险，是一种效率较低的方法；对于氢气的液化储存和运输，氢气在室温下是气态的，并且具有非常大的体积。很大。较好的储运方式是液氢液化和液氢运输。但液氢生产技术落后，工艺流程相对落后，设备陈旧，生产规模小。因此，液氢价格昂贵，应用范围有限；金属氢化物的储存和运输。储氢金属或合金是指在一定温度和氢气压力下，能够可逆地吸收、储存和释放氢气的金属间化合物。金属氢化物储氢是目前应用最广泛的储氢材料，具有能耗低、容量大、制备技术成熟、安全可靠等优点。

Ⅳ 什么是生物制氢

生物制氢的原理是，模拟叶绿素植物的光合作用，并使光合作用仅仅停留在分解水的阶段。美、英、俄等国科学家先后发明了叶绿体制氢装置。在实验室中用1克叶绿素，1小时可产生出1立方分米氢气，并且能量转换率高达75%。

近年来，人们还发现江河湖海里的藻类低等植物，有些也具有以水制氢的能力。如美国科学家加弗隆发现一种蓝绿色的藻类，其光合作用非常特殊，不是像一般植物那样，把二氧化碳转变为氧气，而是通过光和菌的作用把水转变为氢气。迄今，人们已找到了一些具有类似功能的微生物，如小球藻、固氮蓝藻等。

日本通产省自1991年起实施了为期8年的高效制氢的国际研究开发计划，重点是研究制氢的光合细菌和藻类，并发现其生产机理，以便在工业上能够得到利用。