绿色氢能源对于环境工程的意义

绿色氢能源对于环境工程的意义

摘要

能源是人类社会存在和发展的物质基础。从人类的刀耕火种农业时代到蒸汽机的发明的工业时代，能源无时无刻不在改变着我们的生活。但是在发展的同时，人们却面临资源不断枯竭，环境不断恶化的问题。由此寻找一种新的，清洁的，安全可靠的可持续能源系统有着重大的意义。本文旨在探讨绿色氢能源对于环境工程方面的意义。

关键词：氢能源，环境，光解水制氢

一、能源与环境、经济的关系

能源是决定人类进步的主要支撑，是经济增长的战略投入因素。经济增长和能源投入之间形成了一定的互动关系。但是目前全世界普遍存在的问题是：人类对能源无节制，任意的利用，对环境也造成了越来越重的影响。

1、能源利用是引起环境变化的重要原因

由于人类认识能力和科学技术上水平的限制，在改造环境的过程中，任何一种能源的开发的利用都会对环境造成一定的影响。例如水能的开发和利用可能造成地面沉降、地震、生态系统变化；地热能的开发利用能导致地下水污染和地面下沉。因此产生一系列的危害：如比利时马思河谷烟雾事件，日本的水俣病事件。

2、能源利用导致的主要环境问题

酸雨污染：除去自然界本身的因素，由于矿物燃料的燃烧，工业化的生产等 自然排放产生的氮、硫氧化物是酸雨污染中比例很大的一部分。

荒漠化加剧和生物多样性减少：能源的大量利用占用了大面积的土地，破坏了大量的植被，造成严重的水和空气的污染，导致荒漠化的加剧和生物生态系统的破坏。

温室效应和全球气候变化：矿物燃料能源会产生一系列的温室气体和有毒气体，引起的大气污染，温室效应是目前全球性的环境大问题。

3、各种能源的开发利用对环境的影响

水利发电：水库的建造会影响地表的活动，气候的变化；影响陆地生物，水生生物以及一些微生物的生存；影响水库中水的物理化学性质；影响产生社会经济的波动。

电力：电能的使用会造成部分热能的损失，也可能产生过强电磁场；在对电力设备的不当处理也会产生一些污染。

化石燃料：化石燃料是目前世界使用能源中的主要部分，其开采、耗用、后处理等过程会对环境造成重大影响。

二、氢能源研究对环境的意义

能源、材料、信息被称为近代工业的三大支柱，然而，自从第一次产业革命开始，以煤、石油、天然气为代表的常规能源在支持了20世纪世界工业快速发展的同时也给人类赖以生存的环境造成了巨大的伤害。近年来的环境恶化、自然灾害频发，无不与常规能源利用有关。而且常规能源的有限性是早已定性的结论，据美国能源部和世界能源理事会估算，地球上的石油还可供开采39年，天然气还可以开60年，而储量最大的煤炭，最多也就够开采210年[1]。也就是说，常规能源利用不仅自身数量有限，而且其利用过程是一柄双刃剑，在为人类创造了幸福的同时也制造了不幸。

氢是自然界中含量最多的元素，约占宇宙质量的75%，而且其来源非常广泛，水、化石燃料、植物和有机废物中都含有大量的氢。此外，氢是极好的能量载体，燃烧热高达汽油的2.8倍，煤的5倍，且燃烧的产物只有水，不存在污染性和腐蚀性。再者，氢在极低温度下也能点燃，对条件的要求不高。氢能源 “高效”和“绿色”的特点，决定了氢经济成为人类历史的选择，氢能源时代将是人类历史上能量利用率最高的时代，也将是无污染，无噪音的可持续发展的绿色时代[2]。

三、氢能源利用与研究的发展简史

关于用纯氢作为载能体的最早文字记载出现在1870年朱尔斯·费恩写的一本科学幻想小说《神秘岛》中。

20世纪初叶，已经将氢气用于充装飞船。1948-1955年期间，在加拿大的多伦多大学的实验室里，进行了氢作为普通内燃机燃料的研究工作。20世纪50年代，美国在军用飞机中发展了使用液氢做飞行燃料的工作。60年代，氢-氧燃料电池发展起来了[3]，给氢能利用又开辟了一个新的领域。1839年William Grove发明

了燃料电池。燃料电池实质上是化学能转化为电能的器件，是对原子及其结构组合的设计和调控由原子相互作用促成电子输运的技术，其能量利用率高，可以便携使用，不受规模限制，是氢能利用的理想手段。

作为氢能利用的极限梦想就是受控氢核聚变。氢核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式[4]。但在目前还不能够得以完全实现。

四、研究方向——光解水制氢

目前制氢均以化石燃料等一次能源和电力为主要原料或能源，而以可再生能源为原料的方法，如生物法、生物质气化法和光催化法等，还不太成熟，达不到规模化、商业化的生产程度；而以化石燃料或电力为原料进行制氢，同样存在着环境污染以及原料枯竭的问题，不能从根本上达到环保、循环再生的目的。

从近期来看，利用化石燃料制备氢气或者电解水制取氢气仍是氢气的主要来源。而从长期来看，在化石燃料消耗殆尽后，生物质等可再生资源及利用太阳能和核能必将成为人类社会的能源支柱。生物质气化法、光催化法等制氢方法将发展成熟，利用可再生资源或太阳能和核能制氢将成为制氢的主要手段。

五、总结

本文讨论了能源与环境的关系之后，可以发现解决能源与环境问题的方法是节能与新能源开发利用，即节约与开发并重，然而，节能只能起到缓解作用，只有新能源开发利用才能从根本上解决能源与环境问题。

作为国光的一名研究生，研究光解水制取氢能源这一具有很大发展前景的方向，对于环境的保护也有着重要意义。希望在将来，我的研究方向能与环境工程的概念更紧密地联系在一起。

六、参考文献

[1] 国家发改委, 提出生物质能源发展战略[J]．资源节约与综合利用, 2006, 521. [2] 王健, 武增华, 邱新平. 氢经济开创绿色能源新时代. [期刊论文]，《环境保护》,

2004.9:52-53.

[3] 张文保．小型燃料电池工业化探讨[J]．电池工业，2003,(6)：102-104.

[4] 胡亚范, 马予芳, 张永贵. 绿色能源——氢能, [期刊论文]. 节能技术. 2007, 25(5).

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vcdv.html