氢能源十篇

氢能源篇1

3月7日，冬寒尚未褪去，现代汽车蔚山工厂氢燃料电池汽车（以下简称“氢燃料汽车”）生产工厂却已满载春意，工作人员忙着将17辆ix35氢燃料汽车装载到货轮上。

按照计划，这17辆氢燃料汽车将横渡大洋，落户欧洲。其中15辆运往丹麦，2辆运往瑞典。到4月份，丹麦和瑞典有关政府机构或公共机关的一些官员，就可以乘坐氢燃料汽车进行办公。

同作为新能源汽车，电动汽车经历了数十年的推广，成效并不令人满意。亚洲、欧洲和北美的汽车行业高管们有意将目光投向了氢燃料汽车。据悉，宝马、福特和丰田等车企均计划在未来几年内量产并全球出售氢燃料汽车。

值得一提的是，此次现代生产的氢燃料汽车，是世界上首次成功实现批量生产的氢燃料汽车。这对于“氢燃料汽车”产业以及整个“氢能源”行业来说，无疑是一利好消息。

随着氢燃料汽车逐步向商业化进程迈进，氢能源的利用已越来越进入公众的视野。江苏中靖新能源科技有限公司（以下简称“中靖新能源”）高级副总裁袁音向《能源》记者表示，氢能源可称为“终极能源”，因其在污染、排放、使用、生产成本、可再生和资源丰富性等众多方面都具有其他能源所无法比拟的优势。

氢能源行业根据能源开发和使用的技术，更是将能源大致分为了三类：传统技术能源（化石资源、不可再生资源，如煤、石油）、中间过渡技术能源（如内燃机、核能）、终极技术能源—氢。

氢能源大有前途，但相比于国外企业的高调发展，国内企业却没有想象中的热情。在认准氢能源发展前景的新兴民营企业、高校和科研单位看来，我国应不失时机地抓住氢能源发展机遇。

资金的缺失

氢能源有两大类使用方法。第一类被称为“热化学”方法，即燃烧。另一类被称为“电化学”方法。氢燃料电池技术则属于后者，被认为是利用氢能、解决未来人类能源危机的终极方案。

“氢燃料电池是目前市场热衷度最高的氢能源利用技术。利用氢气和氧化剂在电池内的化学反应直接生产电能，具有无污染、节能、高效、安静、安全等特性，可用于新型汽车、发电站、潜艇和家庭直接供电等。”上海攀业氢能源科技有限公司（以下简称“攀业氢能源”）副总经理施涛向记者介绍道。

攀业氢能源是国内较早从事燃料电池产业化工作的企业之一，于2006年1月成立，一直致力于燃料电池的商业化应用。依靠几百万的天使投资作为启动资金，成立7年多以来，资金问题一直是攀业氢能源往前发展的瓶颈。

事实上，攀业氢能源是其他氢能源民营企业羡慕不已的对象，因为2010年，其获得了北极光创投2000万元的风险投资。“据我了解，我们公司是国内唯一一家真正拿到风险投资的公司。”施涛对记者说。

如今，两年多已过，因为产品并未真正实现商业化，攀业氢能源还是处在投入大于产出的阶段，“寻找新的资金支持”成为公司不得不面对的重任。

“其他民营氢能源公司的资金状况更不好看。国内几家大型的氢能源公司，很多都是靠国家863计划的资金得以维计，但总共加起来，每年也只有几千万。”国家标准委员会负责燃料电池标准制定的卢琛珏所长向《能源》记者透露。“科技部‘十二五’规划项目中对燃料电池承诺的资金，到目前也并未落实多少。”

相比于电动车市场每年动辄上百亿的投资，以及热钱对其的追捧，氢能源市场可谓门庭冷落。

据记者了解，截至2011年，德国就已投资3.93亿欧元用以融资，支持氢能及燃料电池技术的发展。曾有国内氢能技术的企业做过调研，想要大步伐推进氢能技术的发展和产品的市场化应用，初期的投资将需要达到20-30亿元。

“现实情况是，国内真正的氢能源市场并未启动，资本不敢进来，而国家政策方面的资金投入也远远不够。”卢琛珏说。

众多民营企业企图寻求国企等大型企业的投资，以期望依附在集团之下，获得进一步的发展。中靖新能源就依靠江苏中靖集团的财力，才得以持续地进行科研投入。但也有不少企业因得不到资金支持而中途夭折。

“产品未实现大规模量产，难以获得收入，但投资不足，拖延了技术进步和产品产业化的步伐”，这成为国内氢能源企业面临的无奈循环。这也是目前为止，国内尚未出现特别突出和规模较大的氢能源公司的原因之一。

产业链难贯通

难以获得资本市场的青睐，最重要的原因是，国内氢能源产品尚未让投资者看到回报的希望。因此，产品的商业化推广，是各家氢能源公司为之努力的方向。

在施涛看来，氢能源产品要实现商业化，产业链的贯通必不可少，但目前来看，困难重重。

氢能源产业，可分为氢气的制备、运输、储存和氢能产品的应用等诸多环节。目前，氢气的供应仍然是产业链完善的一大制约环节。

在氢气的制备上，我国已有多年的化石能源制氢经验，在化工、钢铁等行业，都有专门的后端制氢工厂。

但是，常规的氢气产业运营模式如何与新兴的燃料电池应用产品之间的衔接，是急待解决的问题。因为，目前的化学制氢以及高压储氢、液态储氢以及金属储氢（即固态吸附储氢）都有适用的范围，存在限定条件。

“开发新型的制氢方法和安全的储氢技术，研发高效的储氢材料，是实现氢能产品商业化的前提条件。”袁音向记者指出。“目前，包括中靖新能源在内的氢能公司都在向这方面努力。”

在氢能产品的应用上，目前推广力度最大的为燃料电池。为了打通产业链，各家燃料电池公司除了研发，都亲自从电池的终端应用着手推广，如备用电源、氢能叉车等。

攀业氢能源最初进入市场时，计划是专做燃料电池，燃料电池的终端应用则希望通过与其他企业的合作，由专业的公司完成推广。“在产业初期，想要找到一家同样能忍受住寂寞期的公司合作，实在不易。”施涛告诉记者。所幸依靠风险投资，攀业能源才得以进入了燃料电池的终端市场，开发备用电源系统，以及研发氢能源游览车和叉车。

“这样做的后果是，产业链拉的太长，对我们处于成长期的企业来说，资金投入过大。整套备用电源系统的开发，需要投入大量的人力、物力。”施涛向记者坦承。“但是在目前的市场背景下，我们也只有努力做产业链的整合，才能压缩成本和研发及生产的周期。”

按照其最初设想，氢能源产品应该探寻出一种商业化模式，在制氢、输氢、储氢，以及燃料电池开发和燃料电池终端市场应用等环节，都有相关专业化的企业来完成。

在目前产业链未贯通的情况下，还有一个重要的后果就是，各个环节未实现专门的量化生产，致使氢能源产品的成本高居不下，从而制约着终端产品商业化的进程。

“燃料电池应用时所使用的某些部件价格居高不下，而且没有现货。但是在国外只要以近1/3的价格就可以拿下，而且是现货。”一不愿具名的氢燃料电池生产商感慨说，“这就是产业链完善与否的价值所在。”

押宝备用电源

相比于国外企业对于燃料汽车的热衷程度，国内车企却显示出淡漠态度。加之我国加氢站资源的匮乏，国内尚未形成规模的氢能源企业只能将氢能源技术的研制发展转向于更为简单和较易实现商业化生产的氢能备用电源上。

3月24号，北京时间上午10点，，北京碧空氢能源科技股份有限公司（以下简称“碧空氢能源”）的负责人正在大洋彼岸的加拿大，准备与巴拉德动力系统公司进行再一次的商业性合作。

碧空氢能源市场总监李海告诉记者，此次公司相关负责人出访巴拉德公司的目的之一，是为了购买一套175千瓦的ClearGenTM分布式燃料电池发电系统。此系统将于其他备用电源系统一起，在9月份召开的第五届世界氢能源技术会议上进行展示。

巴拉德是世界最大燃料电池厂商，碧空氢能源作为其在中国的合作伙伴，早已紧盯国内氢能备用电源市场。据李海介绍，依赖巴拉德的技术支持，碧空氢能源将可能是国内最早实现氢能产品量产的企业，而备用电源就是其计划量产的最主要产品。

在记者的采访中，国内生产氢能产品的企业，均对氢能备用电源的商业化寄予厚望。事实上，攀业氢能源在成立之初，就把目标定位在此。袁音也对记者表示，中靖新能源公司目前最大的目标市场就是备用电源。

而对备用电源的目标客户上，各家氢能企业都不约而同地选择了希望与中移动、联通、电信三大通信运营商进行合作，以氢燃料备用电源替代通信基站的铅酸电池。

据袁音介绍，虽然目前氢燃料备用电源的前期投入价格高于铅酸电池，但是运行成本却是铅酸电池的三分之一，如果根据使用寿命以及铅酸电池维护所需的用电成本来计，使用铅酸电池的费用约是氢燃料备用电源的5倍，且铅酸电池具有污染性。

根据统计，目前我国已有120万—140万个通信基站，每个通信基站至少配备两组铅酸蓄电池。如能将这些铅酸电池全部替换下来，氢能备用电源的市场也较为可观。

氢能源篇2

要完成2020年全国单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%-45%,这是一个很艰巨的任务,需要统筹部署、从多方面入手,例如狠抓节约能源,提高能源利用率,多种树和草、扩大碳汇、调整能源结构、提升低碳能源份额等。

减碳先锋

从技术层面讲实现低碳能源,一个很重要的工作是改变我国能源结构,扩大可再生能源、核能和氢能的份额。2009年底的哥本哈根会议之后,我国进入了绿色经济、节能减排的新阶段,氢能的发展和利用将对实现中国减碳40%-45%的目标有实质性的帮助。表现在如下三个方面:一是氢直接代替石油,用于交通燃料;二是在高碳化石燃料煤的利用中,未来将采用二氧化碳捕集及贮存技术(即CCS技术),此时,氢气是煤气化的主要产品,实际上是将煤制氢、同时捕集二氧化碳,再利用氢的能量;三是氢在可再生能源利用中起提高能源质量的作用。

2007年我国消费能源26.5亿吨标煤,其中交通运输行业用2.06亿吨标准煤。占我国能源消耗的7.7%。未来的氢能完全可以取代交通运输和化学工业用石油。这样从宏观看相当于减排CO2达8%以上。

发电是煤的主要用途,2007我国发电用煤为13.05亿标吨,占全年煤炭消耗的50%以上。根据化石燃料低碳利用新技术,未来将采用的CCS技术的关键是将煤先气化为富氢燃料气体,然后捕集二氧化碳并采用高效IGCC技术发电,其中,氢起关键作用。

新华社2008年5月24日报道,根据我国能源发展规划,2010年,我国可再生能源将占到全部一次能源的10%,2020年,可再生能源占有率将达到15%。但是可再生能源的不稳定性,使得太阳能、特别是风能很难利用。目前很大一部分风能发的电不能上网,白白浪费。现在正在研究中的可再生能源发电(不稳定的低品质的电)――电解水制氢(此时,氢起储能作用)――燃料电池高效发电(高质量、高品质的电),将使可再生能源切实为国民经济服务,而不像现在,示范成分多,实际效果小。

最佳燃料

汽车是人类文明生活的重要组成部分,富裕起来的中国人民自然渴望并实现拥有自己的汽车的权利。我很赞成中国民众的正当要求,不赞成一些人发表的所谓中国人要达到美国人的生活水平,需要几个地球的资源。当然,那么多汽车的燃料是很大的问题,但不是不可解决的问题。到那时,各种汽柴油替代燃料完全可以开动我们的汽车。这些替代燃料有电、生物燃料、甲醇、乙醇、天然气、氢气等。考虑到替代燃料的普适性,目前,最现实的替代燃料是天然气、氢。氢作为无碳能源,在使用中不排放CO2温室气体,满足环境友好的要求。同时,氢来自于水,氢使用后又生成水的循环性使得氢成为汽车的最理想的燃料。

氢能汽车分为氢燃料电池车和氢内燃机汽车。前者的效率应是后者的两倍以上,是汽车发展的终极解决方案。氢内燃机车是目前汽柴油内燃机汽车转向氢燃料电池汽车的过渡方案。

氢燃料电池车用氢气代替汽柴油开动现有的内燃机汽车,由于其价格便宜,有现有的汽车工业基础支持,将会迅速占领汽车市场。氢燃料电池车是用一种叫做“燃料电池”的发电设备代替现有的内燃机,使用氢气作原料,不排放CO2,不排放碳氢化合物、氮氧化物以及微米尺寸的微粒,只排放水汽,是地道的“零排放”汽车。目前的氢燃料电池车在最高车速、续驶里程、加注时间等方面都已经达到或超过现有汽油车的指标,加之氢燃料的环保性,氢燃料来源的多样性与可靠性,氢燃料电池汽车已经成为人们追求的终极的新能源汽车,是汽车史上的第二次革命。目前,全世界大约有二百多辆氢燃料电池的车正在示范。我国在2008年北京奥运会示范23辆氢燃料电池车,这些国产的氢燃料电池车成功地完成了奥运会的任务。今年6月开幕的上海世博会,将有近200台不同大小的燃料电池车为观众服务,其中绝大部分为国产氢燃料电池车。

燃料电池汽车的主要问题是自身性能还需要进一步提高,燃料电池的工作寿命应该提高一倍。燃料电池车应用的主要障碍是氢能加注站的建设严重滞后。在现阶段,氢能汽车开始阶段,加氢站建设商无利可图,不愿意建站,而没有加氢站则大大限制人们购买氢能车的欲望。为此,2009年9月,世界最著名汽车厂商,丰田、通用、德国奔驰、大众、本田、现代等的总管们,共同签署一封给能源公司的公开信。信中指出到2015年全世界将生产10万台氢燃料电池汽车,呼吁能源公司加速建加氢站。根据作者对燃料电池的了解,到2015年,燃料电池的寿命将不是问题。到那时,一辆行驶30-40万公里的汽车报废时,其中的燃料电池还可以工作。不过,本人认为公开信应明确要求各国政府首先拨款在若干大城市先建几个加氢站,这样能源公司更容易跟进。另外,如果2015年氢燃料电池车达到10万台的话,那么,氢内燃机汽车的数量会更多些。

中国政府已经出台氢燃料电池车的补贴政策,对燃料电池大客车和小轿车分别补助60万和25万元人民币,表示政府推动氢燃料电池车的决心。

走进寻常百姓家

除了在交通工具上使用氢能这种清洁能源,在日常生活中,氢能还有更多的用处,例如代替高污染的乙炔切割钢材,代替天然气在医药工业制成更可靠的玻璃瓶封口,代替铅酸蓄电池,制成超长时间可供电几十小时的备用电源等。其中,氢能重要的用处则是氢能分布式电站。分布式供电站是指将发电系统以小规模、分散式的方式布置在用户附近,可独立地输出电、热或冷能的系统。

分布式电站最大的优点是不需远距离输配电设备,输电损失显著减少,并可按需要方便、灵活地利用排气热量实现热电联产或冷热电三联产。常规电站发电效率约为35%,还要减去供电损失4%左右。而燃料电池电站的综合效率可达70%-80%,没有供电损失,提高了能源利用率;另外,直接安置在用户近旁的分布式电站与大电网配合也大大地提高供电可靠性。

氢能是二次能源,地球上没有天然的氢,现在的96%-97%的氢来自煤、天然气等化石能源与水反应来制取,在传统能源日渐减少的情况下,氢能必然用可再生能源来制取。那时,太阳氢风氢会应运而生。因为最终是电解纯水得到氢和氧,所有不会在制取的过程中,对环境造成任何影响。

氢能源篇3

《碳源小分子与氢能利用研究》心得体会

中国科学院大连化学物理研究所研究员，博士生导师葛庆杰老师进行题为《碳源小分子与氢能利用研究》的学术交流报告。葛庆杰老师长期从事多相催化的应用基础研究，以具有重要的科学意义和应用背景的能源化工反应为对象，进行催化新材料、新工艺、新技术等科学研究，为能源资源的合理化应用提供新型催化材料、工艺和技术。承担多项国家、中国科学院和企业项目。

葛庆杰老师团队以CO2为碳源，与可再生能源电解水产生的H2催化转化合成燃料和高附加值化学品，不仅可实现CO2减排，还可解决对化石燃料的过度依赖及可再生能源的存储问题，具有重要战略意义。精准调控C-O键活化和C-C键偶联是CO2加氢转化反应极具挑战性难题，也是实现CO2高效转化利用的关键。葛庆杰老师团队在前期工作中构建了一种多活性位协同催化的Na–Fe3O4/HZSM-5多功能催化剂，率先实现了CO2加氢高选择性合成汽油馏分烃（78%），在接近工业生产条件下连续稳定运行1000小时以上，显示出潜在的工业应用前景。研究发现，多功能催化剂的分子筛孔道结构和酸性以及多活性位间的亲密性效应对烃产物分布有显著影响。在此基础上，延续多功能催化剂设计理念，将目标产物定位为高辛烷值的清洁汽油组分—异构烷烃，将铁基催化剂分别与具有高异构化活性的HMCM-22和HBeta分子筛进行耦合，并与具有高芳构化活性的HZSM-5分子筛进行了对比，研究了分子筛孔道结构和酸性对Na–Fe3O4/Zeolite催化剂上CO2加氢产物分布和积碳形成的影响，并在深入探索分子筛失活原因及积碳形成本质的基础上，对催化剂进行了再生研究，为其工业化应用提供了可能。

研究主要亮点：（1）成功制备了Na−Fe3O4/HMCM-22高效多功能催化剂，实现了逆水汽变换、C-C偶联和异构化三步串联反应的高效协同催化，CO2和H2可一步高收率合成异构烷烃（时空收率高达102mgiso gcat-1 h-1）；（2）MCM-22分子筛具有的独特孔道结构和Brønsted酸性质促进了烯烃中间体的异构化反应，抑制了其芳构化反应；并以乙烯为原料验证了烯烃物种在不同分子筛上的反应倾向，探讨了异构烷烃的形成历程；（3）结合反应后分子筛组分的积碳分析，探讨了分子筛失活原因和积碳形成本质，深化了对CO2加氢反应机理及积碳过程的理解；并对分子筛再生方法进行了研究，研制的多功能催化剂可反复多次再生保持其高效催化CO2加氢合成异构烷烃性能。

葛庆杰老师研究团队从催化剂的设计出发，依次从催化性能、积碳分析、反应机理及催化剂再生方面展开研究，条理分明、循序渐进，全面深入介绍了Na−Fe3O4/HMCM-22催化剂上CO2催化加氢合成异构烷烃的反应历程，丰富了对CO2加氢过程的认识和理解。

氢能源篇4

关键词：氢能；生物制氢；光合细菌；厌氧细菌；光解水；现状

Abstract：Clean hydrogen energy is one of the most perspective replaceable energy resources， and hydrogen generation by using biomass resources becomes an inexorable trend for hydrogen energy development. The technological principle， characteristics， present situation， obstacle and developing

potential for generating hydrogen energy from biomass resources were introduced. The current advances in main biological hydrogen generating technologies were reviewed. The hydrogen generating technology using photosynthetic bacteria is remarkably advantageous in hydrogen generating productivity over other technologies including hydrogen production from aquatic plants， hydrogen production through anaerobic fermentation. The hydrogen generating technology using photosynthetic bacteria will be one of the dominating development technologies for hydrogen generation in the future.

Key words：Hydrogen energy; biological hydrogen generation; photosynthetic bacteria; anaerobic bacteria; photo-hydrolysis；status quo

能源短缺和环境污染是当前社会经济发展所面临的主要问题。自工业革命以来，以煤炭、石油、天然气为代表的化石能源时代逐步取代了过去以木材、秸秆为主的木质能源时代。近年来，世界经济的快速发展带来了对世界能源需求量的飞速增加。来自BP公司最新的报告显示，1973年世界一次能源消费量仅为57.3亿t石油当量，2002、2003、2005年分别达到94.05、97.4、102.24亿t石油当量，而2006年同比增长了2.7%。BP公司预测，按照目前开采量计算，全世界石油储藏量只能开采40年，天然气为65年，煤炭162年[1]。能源短缺成为限制世界经济发展的重要影响因素。尤其是20世纪70年代和80年代两次能源危机以来，解决能源短缺，确保国家能源供给安全已成为各国政府考虑的首要因素，由此带来的利益争夺也成为当今世界部分地区动荡的主要因素[2]。

化石能源的使用在促进世界经济发展的同时也带来了严重的环境问题，由化石能源过度使用所带来的全球气候变化、酸雨、臭氧层破坏、荒漠化加剧、生物多样性减少已占据21世纪世界所面临十大主要问题中的5个[2]。因此，寻求可再生的清洁能源成为各国政府的重要课题。氢能因其清洁、能量密度高、制取方法多样、原料来源广而成为关注的焦点，美国、加拿大、欧盟、日本等将氢能技术置于社会和经济发展的优先地位，制定了有关氢能发展的国家计划，相继制定了有关氢能的“国家氢能路线图”，并由此提出了“氢能经济”、“氢能社会”的概念[3～5]。为应对能源短缺和改善中国能源消费结构，中国政府也将氢能发展提到战略高度，在制定“氢能发展路线图”的同时提出“摆脱依赖石油的日子，创可持续发展的氢能未来”[6]。

1生物制氢机理

目前，氢气的生产主要有化学法和生物法两种途径。利用化学方法制取氢气是目前较为成熟的制氢技术，其中以天然气、石油为主要原料的高温裂解、催化重整等方式制取的氢气成为工业用氢的主要来源，该方法对化石能源依赖性较大，同时在生产过程中还会造成一定的环境污染；电解水制取氢气是目前获取高纯氢气的主要技术方法，虽然该技术摆脱了对化石能源的依赖，但其在生产过程中需要消耗大量的电能作为代价，同时该反应需要在高温、高压或强酸强碱的条件下进行，反应条件苛刻，电解电极昂贵，生产成本较高。目前商业用氢中96%来自于化石燃料进行催化重整，4%来自电解水[7]。

生物制氢是利用生物自身的代谢作用将有机质或水转化为氢气，实现能源产出。1931年，斯蒂芬森等人首次报道了在细菌中含有氢酶的存在后，Nakamura在1937年观察到光合细菌在黑暗条件下的放氢现象；1949年Gest报道了深红螺菌在光照条件下的产氢和固氮现象；随后刘易斯于1966年提出了利用生物制氢的概念[7]。生物制氢作为生物自身新陈代谢的结果，生成氢气的反应可以在常温、常压的温和条件下进行，同时生物制氢可采用工农业废弃物和各种工业污水为原料，原料成本低，可以实现废物利用和能源供给与环境保护多重目标而倍受重视[8，9]。

根据所用的微生物、产氢原料及产氢机理不同，生物制氢可以分为光解水制氢、厌氧细菌制氢、光合细菌制氢等3种类型，其特点如表1所示。

表1 不同生物制氢工艺的特点

项 目 优 点 缺点

绿 藻 以水为原料，太阳能转化率较高 产氢过程需要光照，光强度的影响较大，系统产氢不稳定，同时产生的氧对反应有抑制作用。

蓝细菌 以水为原料， 产氢主要由固氮酶完成，可以将大气中的N2固定 产氢过程需要光照， 产氢速率低，产生的氧对固氮酶有抑制作用

厌氧

细菌 不需要光照，可连续产氢，可利用多种有机质做底物，产氢过程为厌氧过程，无氧气限制问题，系统易于实现放大试验 反应需控制pH值在酸性范围内，原料利用率低，产物的抑制作用明显

光合

细菌 产氢效率高，可利用多种有机废弃物作原料，可利用光谱范围较宽，不存在氧的抑制作用 产氢过程需要光照，不易进行放大试验

（1）光解水制氢是光合生物体在厌氧条件下，通过光合作用分解水，生成有机物，同时释放出氢气。其作用机理和绿色植物光合作用机理相似，在某些藻类和真核生物（蓝细菌）体内拥有PSⅠ、PSⅡ等两个光合中心，PSⅠ产生还原剂用来固定CO2，PSⅡ接收太阳光能分解水产生H+、电子和O2； PSⅡ产生的电子，由铁氧化还原蛋白携带，经由PSⅡ和PSⅠ到达氢酶，H+在氢酶的催化作用下形成H2。其中，利用藻类光解水产氢的系统称为直接生物光解制氢系统，利用蓝细菌进行产氢的系统称为间接光解水产氢系统。藻类的产氢反应受氢酶催化，可以利用水作为电子和质子的原始供体，这是藻类产氢的主要优势。蓝细菌同时具有固氮酶和氢酶，其产氢过程主要受固氮酶作用，氢酶主要在吸氢方向上起作用。蓝细菌也能利用水作为最终电子供体，其产氢所需的电子和质子也来自于水的裂解[10]。

（2）厌氧细菌产氢是利用厌氧产氢细菌在黑暗、厌氧条件下将有机物分解转化为氢气。目前认为厌氧细菌产氢过程可通过丙酮酸产氢途径、甲酸分解产氢途径、通过NADH/NAD+平衡调节产氢途径等三条途径实现，丙酮酸产氢途径和甲酸分解产氢途径有时也称为氢的直接产生途径[11]，即葡萄糖首先通过EMP途径发酵形成丙酮酸、ATP和NADPH；丙酮酸通过丙酮酸铁氧化还原蛋白氧化还原酶被氧化成乙酰辅酶A、CO2和还原性铁氧还原蛋白，或者通过丙酮酸甲酸裂解酶而分解成乙酰辅酶A和甲酸，生成的甲酸再次被氧化成CO2，并使铁氧化还原蛋白还原；最后，还原性铁氧化还蛋白还原氢酶，所形成的还原性氢酶当质子存在时便使质子还原生成氢气。

（3）光合细菌制氢是利用光合细菌在厌氧条件下通过光照将有机物分解转化为氢气。光合细菌是一类原始的古细菌，在光照条件下可以将有机酸转化为分子氢。自1949年美国生物学家Gest首次证明光合细菌（Rhodospirillum? rubrum）在光照条件下的产氢现象后，大量的研究表明，光合细菌产氢是与光合磷酸化偶联的固氮酶的放氢作用下产生的。光合细菌只含有一个光合中心，且电子供体是有机物或还原态硫化物，所以光合磷酸化过程不放氧，且只产生ATP而不产生NAD(P)H。与绿藻和蓝细菌相比，这种只产氢不放氧的特性，可大大简化生产工艺，不存在产物氧气和氢气分离问题，也不会造成固氮酶的失活[11]。

2 生物制氢技术现状及其障碍

氢能已成为两次能源危机后各国政府能源政策的支持重点，而生物制氢技术被公认为未来替代能源中最有应用前景的主要技术，成为目前世界能源科学技术领域的研究热点，促进了生物制氢技术的诸多进展。

作为生物制氢技术中研究最早的制氢途径，藻类（蓝细菌）能直接利用水和太阳光进行产氢，被认为最具有前途的制氢途径，也是目前生物制氢中研究最多的技术。目前，美国、日本、欧盟、中国等在藻类分子生物学、耐氧藻类开发、促进剂等技术领域取得了突破性进展，并开发了各式生物反应器，完成了藻类制氢从实验室逐步走向实用的转化[13～16]。但在藻类的产氢过程中同时伴随着氧的产生，反应产生的氧气除了能与生成的氢气反应外，还是氢酶活性的抑制剂，从而影响系统的产氢速率；同时当光强较大时，其主要进行CO2的吸收并合成所需的有机物质。因此，藻类产氢不稳定且易被其副产品氧气所抑制[17]，[18]。与藻类相似，蓝细菌在产氢的同时也会产生氧气，而氧是固氮酶的抑制剂。通过基因工程改变藻类的基因提高藻类的耐氧能力是目前的主要研究内容，并已取得了一些进展[19]。

厌氧细菌产氢由于不依赖光照，在黑暗条件下就可进行产氢反应，容易实现产氢反应器的工程放大试验，加之厌氧细菌能利用多种有机物质作为制氢反应原料，可使多种工农业有机污水得到洁净化处理，有效地治理了环境污染，同时还产生洁净的氢气，使工农业有机废弃物实现了资源化利用，也被认为是较为理想的产氢途径，引起了国内外氢能科技工作者的青睐，尤其是中国在厌氧产氢细菌选育、产氢机理和工程技术等方面取得了令人瞩目的研究进展。但在研究中发现，该途径存在厌氧细菌在发酵制氢过程中的产氢量和原料利用率均比较低等问题。其主要原因是：从厌氧产氢菌细胞生存的角度看，丙酮酸酵解主要用以合成细胞自身物质，而不是用于形成氢气，这是自然进化的结果；其次，反应过程中所产生氢气的一部分在氢酶的催化下被重新分解利用，降低了氢的产出率。同时在厌氧细菌的发酵产氢过程中pH 值必须在酸性范围以抑制产甲烷菌等氢营养菌的生长，但当pH＜4时，产氢菌的生长及产氢过程都受到明显的抑制。对厌氧细菌连续发酵产氢工艺系统而言，产氢代谢途径对氢分压敏感且易受末端产物抑制，当氢分压升高时，产氢量减少，代谢途径向还原态产物的生产转化。CO2 的浓度也会影响厌氧细菌产氢速率和产氢量，同时在连续的厌氧细菌产氢过程中，产氢细菌不能利用乙酸、丙酸、丁酸等小分子有机酸，造成有机酸的积累而对产氢细菌形成抑制作用。虽然乙酸对产氢细菌没有毒害作用，但大量乙酸积累会限制能源转化率的提高，制约了厌氧细菌产氢工程技术的进一步应用与发展[18]。

光合细菌作为一类古细菌产氢现象广泛存在于自然界，可以使用自然界中各种有机物质作为生长底物，曾被广泛应用于有机废水的降解处理。产氢现象作为光合细菌的一种特有生理特征，近几年才被能源科学界所关注， 并逐渐成为能源科学技术领域的一个研究热点。但光合细菌在产氢过程中对光照的高度依赖性限制了光合细菌制氢技术的发展。一般根据光合细菌产氢稳定性对光照强度和光照连续性的要求，常常光合细菌制氢工艺中采用消耗电能或其它化石能源的人工光源技术，技术经济均不合理，市场应用前景黯淡，同时还由于光合细菌在生长过程中色素的分泌以及反应溶液本身的色浊度影响了光在反应溶液的均匀分布，降低了光能的利用效率，增加了光合细菌制氢工艺的能耗和制氢成本。

3生物制氢技术的发展潜力

产氢细菌（藻）的产氢能力是生物制氢技术向实际工程技术转化的重要评价指标常见有机物生物制氢工艺的方程及其反应的吉布斯自由能变化（G）表示为[17，20]：

厌氧细菌产氢工艺：

葡萄糖? C6H12O6+2H2O2CH3COOH+2CO2+4H2? G=-184 kJ

C6H12O6CH3(CH2)2COOH+2CO2+2H2??? G= -257 kJ

光合细菌产氢工艺：

葡萄糖 C6H12O6+2H2O6CO2+8H2 ??? G = -34 kJ

乙酸 CH3COOH+2H2O2CO2+4H2??? G = 75 kJ

光解水产氢工艺：

4H2O＋光能2O2＋4H2??? G = 1498 kJ

虽然从产氢反应的吉布斯自由能变化规律上 可以看到厌氧细菌发酵产氢十分有利，它们能从产氢反应中获得比光合细菌产氢更多的自由能，然而厌氧细菌分解有机物的速率缓慢及不彻底，显著降低了产氢速率和产氢量，1mol葡萄糖理论上只能产生2～4mol的氢气。

转贴于

在产氢反应的吉布斯自由能变化规律上，光解水藻类产氢大致与厌氧细菌发酵产氢相似，能从产氢反应中获得比光合细菌产氢更多的自由能。但由于藻类的光解水产氢在原理上受氢酶中介以及氧的抑制效应，其产氢体系很不稳定，不利于有效提高光解水工艺的产氢速率和产氢量。

在光合细菌产氢反应中，从产氢反应的吉布斯自由能变化规律上可以看到，虽然只能获得少量的自由能，甚至要付出大量自由能，但光合细菌可以通过光合磷酸化获得足够的ATP使反应能有效地进行，理论上光合细菌可以将1mol葡萄糖转化为12mol的氢气[21]。显而易见，发展光合细菌制氢技术的关键是光照技术问题，而合适的光源选择和降低光照能耗成为解决光合细菌制氢工艺中的两大关键技术，利用太阳能作为光源的光合细菌制氢技术因能从根本上解决光照能耗和制氢成本等问题引起了能源界的特别关注，具有较强的技术可行性和潜在的发展前景。

4光合生物制氢技术研究进展

国内外近几年已开始从提高光合细菌的光转化效率方面着手对光合生物制氢进行实验研究， 其中以河南农业大学农业部可再生能源重点开放实验室的研究进展最具代表性。在国家自然科学基金、国家863计划、教育部博士点基金和国际合作等项目资助下， 对利用粪便污水作为原料的高效光合产氢菌群的筛选与培养、产氢工艺条件、固定化方法、太阳自动跟踪采光及光导纤维导光系统、太阳能光合产氢细菌光谱耦合特性等关键理论与技术问题进行了较系统的深入研究，并取得了一些重要进展[22～27]。

（1）在选育以畜禽粪便为原料的光合产氢菌种方面取得了重要进展。从具有代表性的6个地点获得24个典型样品，按照各类光合细菌的生长条件和营养需求，从培养基组成、pH值、光照时间和周期、培养温度、厌氧状态几个方面设计出相应的培养基和培养条件 ，对光合细菌进行了广泛地富集和分离，获得33株光合细菌，并按照猪粪的成分特点，对其进行了猪粪、相关小分子有机酸和产氢能力研究，筛选出7株具有极高的原料转化效率的光合产氢菌株。

（2）研制成功带有自动跟踪太阳且可调滤光的太阳能高效聚焦采集系统，并开展了该系统的光传输与光谱耦合性能优化研究。为了提高太阳能利用率，已研制出菲涅耳透镜聚光型的太阳能光导采光系统，采用菲涅耳透镜聚光方式把太阳光聚集在焦点上，并把光导纤维置于焦点上，经由可调滤光器可选择性滤波后，通过光导纤维输入光合生物反应器内，实现太阳光的高效传输。同时，分别对筛选出的7株光合细菌进行了太阳光吸收光谱实验研究，提出不同太阳光波段下的生长特性和以猪粪污水为底物的产氢特性的相关关系，探索了太阳能光合生物制氢过程的光传输与光谱耦合性能以及进一步提高太阳能光合生物制氢效率的途径。

（3）研制成功具有较高表面积和体积比的新型环流罐式光合生物制氢反应器，并系统地研究了光在反应器中传输过程的衰减特性。依据光合产氢细菌的生长和代谢特性，研制的环流罐式光合生物制氢反应器具有能够利用较高的光照表面积与体积比而减弱光合细菌细胞和畜禽粪便污水的相互遮光效应、通过控制反应液的循环流量使细菌周围产生“闪烁效应”、有效改善光的传播途径和质量等特性，并能对光合制氢反应条件进行自动控制，使光合细菌处于最佳的生长条件和代谢条件下，通过温度、光照度、pH值、底物浓度、不同接种量、溶氧水平等等的优化控制，使光转化效率和氢气产率都能达到最佳。

（4）较系统地研究了太阳能光合生物制氢过程的热动力学特性，揭示生物制氢过程的热动力学特性对光合细菌产氢酶活性和产氢速率的影响规律，用热动力学的方法对光合产氢菌生长代谢过程中产热规律进行分析，获得太阳能光合产氢菌生长代谢的热动力学信息，研究光合生物制氢体系的温度场分布，建立表征太阳能光合生物制氢过程热动力学特征的模型，优化光合产氢菌的最佳生长代谢温度和能流工艺条件，为进一步开展光合生物反应器的设计和规模化生产运行试验研究提供了科学参考和理论依据。

5结 论

氢能作为最具有发展潜力的清洁能源将在未来社会的经济发展中发挥重要作用。生物制氢技术因能在常温、常压的自然环境条件下完成产氢过程成为氢能技术发展的新生力量。生物制氢在利用有机废弃物进行制氢过程中降解了有机废弃物，达到了资源利用和能源产出的双重目标。从几种生物制氢技术比较情况看，具有较强产氢能力的光合产氢技术具有不产生对产氢酶有抑制作用的氧气、工艺简单、可利用太阳能以及能量利用率高等优点，只需解决某些工程技术问题便会实现生产技术的产业化。因而，太阳能光合生物制氢技术是一种最具发展潜力的生物制氢方法。

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氢能源篇5

关键词：微藻产氢；可逆产氢酶；固氮酶；间接产氢法

中图分类号： Q949.2 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2010）-12-0080-2

当前人们所用的能源主要是石油、天然气和煤炭等化石燃料，随着各国能源的紧张和日益严重的环境污染，作为一种不可再生和极具污染的燃料，它们的缺点日益暴露。因此寻找一种新型能源成为各国政府能源战略的主要政策。

氢气被能源界公认为最具潜力的能源之一。传统的产氢方法包括热分解法和电解法，但成本偏高。前者需要消耗大量的石油、天然气和煤炭等宝贵的不可再生资源；后者每生产1m3的氢需要消耗4-5kW的电能。相比之下生物产氢因具有能量消耗少、无污染、高效等特点成为能源领域的研究热点。

目前生物产氢包括发酵产氢和光合作用产氢。发酵产氢是利用分解作用将有机物中化学能转化为氢能，而光合作用则是利用光合作用直接将太阳能转为氢能，可分为细菌产氢和微藻产氢两种形式。光合细菌没有光系统Ⅱ，不能直接利用太阳光水解产氢；而微藻同时具有光系统Ⅰ和光系统Ⅱ，在特有的产氢酶系作用下可把水分解成氢气和氧气，其具有的产氢能力备受关注。

1 微藻光合作用产氢机理

微藻首先吸收光能，在光合作用系统Ⅱ（PSⅡ）的反应中心光解水释放质子和电子，或者将机体中葡萄糖等有机物分解产生电子。之后电子经过类囊体膜上一系列电子传递体传给铁氧还蛋白（Fd）等产氢相关的酶，还原质子产生氢气。根据微藻用于产氢的酶不同，可将产氢过程分为两类：固氮酶产氢、可逆产氢酶产氢[1]。

1.1 固氮酶产氢

固氮酶产氢固氮酶是一种双功能酶，它在将氮气还原为氨气的同时也可将质子还原为氢气，但是在有氧条件下迅速失活。供给固氮酶电子的铁氧还蛋白的电子有两种来源：一是由光合作用电子传递链传来，另一条可能是由磷酸戊糖途径和（Fd-NADP+）氧化还原酶传来。由于在有氧条件下固氮酶会迅速失活，因此一些蓝藻含有具有特殊的保护机制的异型细胞，可以为固氮酶提供无氧环境；在此过程中，正常细胞进行光合作用，把合成的有机物转移到异型胞内，异性胞分解有机物将电子传递给固氮酶，实现了固氮和产氢。从Fd接受的电子只有1/4用于还原质子，而且每产生1mol氢气需消耗16mol ATP，可见蓝藻利用固氮酶产氢是一个消耗能量的过程，这对细胞本身相当不利。

1.2 可逆产氢酶产氢

可逆产氢酶产氢可逆产氢酶多存在于蓝藻和绿藻中，根据其所含金属离子种类的不同可分为铁氢酶、铁镍氢酶和无金属离子的氢酶，以铁氢酶活性为最高。可逆产氢酶对氧气极为敏感，在氧气浓度接近1.5%时，酶活性急剧降低。因此，在氧浓度较高的情况下，几乎没有可逆产氢酶产生氢气；可逆产氢酶对电子的变化也很敏感，电子传递链有富余电子时，可将电子用于还原质子合成氢气，在电子缺乏的情况下，采取相反的措施以起到救急作用。因此可逆产氢酶在调节电子传递分配，保护细胞免受氧化伤害具有重要意义。

蓝藻和绿藻中的可逆产氢酶不同，产氢过程存在差异。本文主要以绿藻为例介绍可逆产氢酶的产氢过程。绿藻的可逆氢酶存在于叶绿体基质中，既可以将光合作用产生的电子用于产氢，又可以将产氢过程中释放的电子用于光合作用。此外厌氧环境中，绿藻葡萄糖和乙酸等发酵释放的电子被呼吸电子传递链利用后还有剩余，但不能进入卡尔文（Calvin）循环，导致剩余的电子在NAD（P）H-PQ氧化还原酶的作用下最终传给可逆氢酶用于产生氢气。

2 绿藻产氢技术

理论上讲，相对蓝藻而言，绿藻光合效率和产氢速度较高，可逆产氢酶的产氢量相比固氮酶高，所以目前多以绿藻为研究对象，进行绿藻可逆产氢酶光解产氢研究。绿藻可逆产氢酶光解产氢有两种主要的产氢方式――直接光水解产氢和间接光水解产氢。

2.1 直接光水解产氢

直接光水解产氢中，绿藻产氢的过程是与光合作用偶联在一起的。氧气浓度的微小变化对可逆产氢酶活性的影响很大，当空气中氧气浓度接近1.5%时，可逆产氢酶立即失活，导致直接光水解产氢过程不能持续进行。因此直接光水解产氢难，商业应用价值受限制。

2.2 间接光水解产氢

间接光水解产氢间接光水解产氢是建立在Melis等基于硫饥饿原理的连续产氢技术。目前间接光水解产氢法主要包括一步法及两步法间接光水解产氢两种方法。

2.2.1 一步法 一步法一步法间接光水解产氢主要是光水解产氢工艺。Cherdsak M.等[2]将绿藻Tetraspora sp.CU2551分别在TAP培养基、缺氮培养基、缺硫培养基以及缺氮和硫的培养基中培养，结果发现相比TAP培养基，培养基中缺乏氮或硫均可以提高微藻产氢量，同时缺乏氮和硫的培养基中H2的产量约提高1.5倍。

2.2.2 两步法 两步法两步法间接光解产氢基于两步法的间接培养。在正常的光合作用下，微藻固定二氧化碳，累积自身所需的碳水化合物，接着再在无硫、无氧的条件下培养微藻，此时PS很快丧失活性，而线粒体进行正常的呼吸作用，导致培养基中的氧气逐断被呼吸作用消耗掉，从而诱导可逆产氢酶的产生以及活性的提高，得到较高的氢气产量。产氢结束后，向培养基中添加无机硫酸盐，恢复光合作用，扩大生物量，然后不断重复上述过程，便可实现产氢的可持续循环。由于两步法间接光解产氢的诸多优势，使之成为近年来研究最热的产氢方法之一。Jun等[3]将微藻在无硫培养中培养一段时间后，分别向培养基中添加0、15、30、60和120μM的硫酸镁溶液，结果4个周期后产生的H2的体积分别为112、479、605、204以及0ml；另外通过添加HEPES缓冲液，产氢效率可以维持在一个较高的水平。管英富等[4]用两步法培养绿藻Platymonas subcordiformis，得到了高于一般培养方法的产氢量。

两步法间接光解产氢方法虽然过程操作复杂，但是可以将氢气和氧气分离开，避免了氧抑制可逆产氢酶产氢的活性，产氢效率高，避免了氢氧的分离纯化过程，使得下游处理工艺简单。

3 微藻光合作用产氢存在的问题及展望

目前微藻可逆产氢酶光水解产氢的研究已有所突破，但仍需迫切解决制约其大规模产氢应用的限制

3.1 传统微藻的光能利用率不高

当前，大部分微藻只能捕获3-4%的太阳能，而只有当水解产氢的光能利用率接近10%时才能用于工业化生产。因此生物产氢成功的首要因素是拥有优良的菌种，但目前还少见特别优良的高产菌株的报道。

3.2 只有在无氧环境条件的诱导下，微藻产氢的相关基因HydA才会大量表达，而且微藻的产氢过程耗能，受到胞内代谢系统的严格调控，通常铁氧还蛋白得到的电子传递给NADP+，微藻产氢量很低甚至不产氢，只有在特殊情况下才会产生氢气。因此进一步探究基因HydA的高效表达对产氢的代谢的影响，可以进一步提高光合产氢效率。

氢气是一种理想的清洁能源，原料来源广泛，并且热值和热转化效率都很高。微藻作为一种理想的产氢原料，可在特有的产氢酶系作用下可把水分解成氢气和氧气，环保、无污染，因此微藻产氢成为能源领域的研究热点，具有广阔的应用前景。利用微藻产氢可以真正实现水和光等可再生资源的利用及太阳能的持续转化，经过深入的探究和开发，有望成为未来社会一种主要的能源供应途径。

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氢能源篇6

"随着氢能等新技术的革新，很多零部件企业将会消亡，被产业所遗弃。"这是汽车资深专家陈光祖对新技术的发展所带来的影响的分析。言外之意就是，许多零部件将被取代，成为多余，而现在的发动机则首当其冲。有关报道甚至认为，这将是中国汽车产业扭转被动局面的一个最大的契机：发动机一直是中国汽车厂家的软肋，然而氢能的应用将使传统发动机被淘汰；而在氢能技术的研究上，中外厂家基本上在一条起跑线上。

也就是说发动机将不再是难以逾越的天堑了，因为到那个时候，发动机将被新的氢能技术完全取代。这对一直叫嚣着要做自主品牌的国内汽车企业来说，将意味着什么呢？

"21世纪将是氢能源的时代，氢能源必将取代石油成为汽车动力源，汽车生产技术也即将随之发生变化，从而扭转汽车产业，尤其是零部件产业的格局。"《经济观察报》借能源专家们的话，乐观地预测道。

这种乐观的情绪正在世界范围内，逐渐地弥漫开。

能源紧张，"氢经济"呼之欲出

尽管以氢能代替目前的石油的说法很早就有了，然而，却一直没有付诸实践。如今，国际石油价格一路飚升，甚至在纽约商品交易所，原油期货一度达到创历史纪录的44.24美元/桶，随后虽稍有回落，但高企在41美元/桶以上。这只是一个表象而已，据有关能源专家的预测，全球石油资源的供应年数大约是70年，而如果出现超速的增长，可能只能供应30年。

这是一个强烈的信号，令人们不得不正视能源这个现实问题。但是，现实中的情况是，这些不可再生性能源越来越少，面临枯竭，而相反的是，人们对能源的需求在飞速地增长。目前，中国对石油的需求量已经超过原来石油第二大需求国——日本，成为仅次于美国的世界第二大石油消费国。各国对石油的需求与储备甚至被提高到危及国家安全的战略高度，在对石油的争夺已经显性为国与国的外交斗争。

正是由于石油的战略重要性与石油面临枯竭的矛盾日益突出，氢能源的研究被提上议事日程。而这将以最直接的方式影响到汽车业。作为世界头号能源消费国的美国更是不甘落后，不久前，布什在他的《国情咨文》里，就信誓旦旦地提出要拿出12亿美元，专门研究制造以氢为燃料的无污染汽车，同时，减少对传统能源--石油的依赖。而在此之前，美国已经花费17亿美元的真金白银来靠近这个梦想。

显然，美国已经意识到在能源供求矛盾日益突出的今天，如果不尽快找到一种能够替代石油的能源，那么，汽车轮子上的美国就有可能在未来的若干年之后，陷入极其被动的局面。按照美国总统布什的推算，如果美国能够有效地开发利用氢能源，那么，到2040年每天能减少1100万桶石油消耗量，而这个数字正是美国现在每天的石油进口量。

对此，一些专家也纷纷发表看法，对发展氢能源技术的前景表示看好。原"二汽"厂长黄正夏、武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室主任袁润章等专家呼吁，国家应该大力推动制氢技术和燃料电池的开发研究，结合我国实情开展有特色的试点开发，抢占未来能源的制高点，尽早步入永续发展的"氢经济"时代。

"氢经济"的提出似乎有些突兀，对此，美国能源转换公司副总裁蒋庭仪却这样认为："'氢经济'这个概念最早由美国通用公司提出来。所谓的"氢经济"就是指淘汰目前以石油作为燃料的能源，而代之以零污染的氢能源作燃料。美国最早提出的'信息高速公路'，已为它带来了一场经济革命。今天的美国，也和十年前一样，汽车制造业和石油工业又在普遍酝酿以氢燃料汽车为核心的'氢经济'革命。"蒋是由中国驻美大使馆推荐，并应2004中国·（海南 ）首届国际环保汽车科技博览会组委会邀请，专门前往海南访问考察过。

而事实上，在美国"氢经济"已经有产生效应的迹象，美国通用公司和壳牌石油等汽车制造商和能源公司，都在投入巨资研究开发氢能源，仅通用公司就投入了10亿美元致力氢燃料汽车的开发。美国政府也致力于推动"氢经济"的发展，甚至在未来5年内，政府每年可能拨出 20亿美元，专门用于推动氢燃料发动机的研制。

日本有关机构认为，氢燃料汽车将于2005年投放市场，在2008年以后投入量产，到2010年时，全球氢燃料汽车的保有量将可能达到4万量。而日本经济省的目标则更为实际：在2010年前，将汽车燃料电池的价格降低到普通发电机的水平，并逐步普及。其他国家也纷纷制定相关措施，紧锣密鼓地加大研发的力度。

其实，在国内已经有电池燃料的研究，最著名的是王传福的比亚迪公司。而在北京的公路上，已经有电池燃料的公交车投入使用。不久前，中国燃料电池轿车项目负责人、同济大学副校长万钢透露，中国也制订了燃料电池汽车的"奥运计划"：在2008年奥运会上，燃料电池汽车将投入使用，2010年实现万辆级量产，2015年产能达到15万量。

许多专家认为，氢燃料电池汽车将成为未来汽车的主流，而事实上，已经有包括通用、福特、大众、丰田、戴姆勒—克莱斯勒、宝马、PAS、本田等在内的所有跨国汽车巨头，都在积极进行氢燃料电池的研究，在技术上已经很成熟了。而一旦在汽车得到广泛应用后，来自技术上的革命将会使整个产业格局产生巨大裂变。而这个时间可能不到20年。

在谈到氢燃料电池的应用意义时，陈光祖这样认为：“不定什么时候抛出来一个别人做不了、能够改变产业格局的新技术，实现一定的战略控制，从而继续获得超常的利润。”这就是说，通过对技术的更深入垄断，国外企业将进一步握牢产业的控制权。

由此可知，一场革命正在悄然靠近。

氢燃料电池的商业途径

这将是一场危险的革命。

而对于欲做自主品牌的中国汽车企业来说，这也许是一个强化优胜劣汰效果的最佳时机：一方面，通过这次燃料动力革命，缩短差距，甚至赶上欧美和日本企业的技术水平，另一个方面，由于该技术难度大，一般的小企业没有研发实力，一旦氢燃料技术得到应用和推广，没有掌握技术的企业必然被淘汰出局。而现实中的情况是，氢燃料的技术性难题正在被逐步化解。

据了解，目前，国际上通行的制氢方法不外两种：一种是利用煤炭、石油、天然气等炭氢化合物制取，但这些都是不可再生能源；另一种是直接利用水制取，氢燃烧后又与空气结合变回纯净水，这是自然物质循环利用、持续发展的典型过程，可谓取之不尽、用之不竭。而且氢是一种可以储存的能源，如果利用丰富的电能实现电解水制氢，可建独立的氢供应站，不必区域联网，也没有地域上的限制。

科学家正在探索研究的方法也很多。例如随着太阳能研究的深入以及现代科学技术的进步，利用太阳能从水里提取氢的前景十分诱人：科学家用凸透镜聚焦的原理，把太阳光聚集起来，可产生3 000 ℃的高温，用来使水分解，生产出大量的氢气。前不久，科学家发现，水在催化剂和光敏剂的作用下，经过阳光照射，也会发生光化学反应，生成氢气和氧气。关键是寻找适宜的催化剂和光敏剂。化学家找到了二氧化钛和某些含钌的化合物，都可以担当这个角色。目前还在继续探索之中。最近，科学家又研究出一种用红纤毛杆菌和淀粉制氢的方法，为人类获取氢能开辟了新路，红纤毛杆菌每消耗1 kg淀粉，就能产生5 000 L氢气，成本较为便宜。绿色能源的设想更为诱人，科学家发现，有一种蓝绿色的藻类，在一定的光照、温度条件下进行光合作用产生氢气，这又是一个惊人的科学新发现。

而有些则人士认为氢燃料成本太高，无法普及。据新材料学专家袁润章教授介绍，目前制氢1立方米氢需要5度电，1公斤氢需要约60度电，按5毛钱1度的电价，需要30块钱以上。而美国燃料电池发动机的成本是，2002年为每千瓦1万美元，2003年可降到5000美元至6000美元，今年可降到4000美元以下。他还认为，只要燃料电池发动机降到100美元以下，制氢成本降到2美元以下，“氢经济时代”就可以到来了。因为按1．5亿辆车计算，一辆车一年耗汽油2吨，氢能的利用一年就可以节约3亿吨汽油，相当于3个科威特的年产量。目前，袁教授借助纳米复合技术平台开展氢燃料电池发动机研究，已经取得了突破性的成绩，他领导的新材料实验室拥有燃料电池发动机自主设计能力，国内独此一家。

“在自然界中，并不存在着纯氢，氢存在于天然气和水这样的物质中。目前，在过渡阶段，我们都是从天然气中分解出氢来使用。但是，天然气也是不可再生的，所以，我们最终会走上电解水分离出氢能源的道路。从现在发电的成本来计算，1公斤氢的成本是1．2美元，和石油的价格差不多。如果利用太阳能、风能发电，然后电解水产生氢，成本将会更低。 ”蒋庭仪说。

蒋在考察了海南丰富的太阳能、风能、潮汐能等自然资源后，对海南的“氢经济”建设前景表示乐观。德士古奥范尼克氢系统是由美国第二大、世界第四大的石油公司——雪佛隆德士古公司，是与美国再生能源开发公司共同组建的。德士古奥范尼克氢系统主要负责氢能源动力汽车的开发工作。“公司希望能和海南有实质性的合作。我希望二十年、十年，或者更快的时间，在海南行驶的汽车不再开进加油站，而是驶入充氢站。”

那么，这样的可能会在什么时候出现在中国汽车产业呢？或者说，这样的一个机会能不能成就中国汽车产业的一次最有力的冲刺呢？一个最现实的考虑是资金投入问题。宝马能一把撒出10亿欧元，而这对于中国汽车企业来说，肯定更像是个噩梦。所以，有专家认为，企业应该主动联合国家有关部门，共同进行开发。

氢能源篇7

【关键词】经济 煤制氢 氢气

近几年我国经济发展比较快，同时消费的能源总量也在逐渐增加，目前能源消费总量已经位居世界第二，我国的煤炭资源相对于其他国家来说比较丰富，但正是因为这个原因，我国目前仍是以煤为主的能源结构，从煤入手，采用先进技术进行煤制氢，从而能够解决由化石能源开采等带来的环境问题。

一、经济背景下煤制氢的发展现状

我国煤炭资源丰富，所以以煤为主的能源消耗结构至今仍然存在，尤其化石能源的开采和利用，在经济利益的驱使下，带来了严重的环境问题，煤炭气化技术制氢在我国正在普及和发展，但是根据目前的情况来看，我国煤制氢的发展存在着一系列的问题。

首先，我国仍在采用常压固定床气化技术，虽然水煤气气化工艺设备比较简单，但是在技术和煤的种类适用范围较窄等，间歇式水煤气气化目前我国通常主要用于中小氨肥行业，而我们都知道间歇式水煤气气化就是常压固定床气化中典型的技术工艺，在经济高速发展的今天，水煤气气化已经不适用未来社会发展制氢的需要。

其次，加压固定床气化技术也是我国煤制氢目前常见的技术之一，这个技术是在高压下进行操作的，这样条件下进行操作就会导致气化炉气化强度较高，煤气中CO+H2+CH4含量也会比较高，它主要是用于化工合成以及生产城市煤气等。

二、经济背景下煤制氢的发展趋势

随着我国经济的快速发展，煤制氢为了适应时展的需要，就要不断的发展和提高生产技术水平，这样才能更好的促进我国煤制氢的发展，也能够改进环境的质量，煤制氢是时展的产物，在分析我国煤制氢发展现状的基础之上，很容易能够分析出它的发展趋势，通常从两个角度看，一是煤制氢用途的发展，二是煤制氢技术的发展，发展煤制氢的用途主要是因为目前我国氢气的使用范围较小，不利于促进经济的发展和快速前进，而提高煤制氢的技术也是时展的需要，随着社会的发展，煤制氢生产技术必然要提高。

（一）煤制氢用途的发展

我国的水煤气化的使用范围在前文已经提高，通常是用于中小氨肥行业，，但是我们从化工合成以及煤化工的发展前景来看，结合着未来能源需求的实际情况，首先，煤制氢将来仍是主要用于化工合成领域方面，国内的一些大型煤化工项目正在朝着合成甲醇、二甲醚醋酐等方向发展，同时还用于煤炭液化过程；另外，通过煤制氢生产制造出来的氢能源，随着社会经济的发展和前进将会得到更广泛的利用，尤其是在煤气除尘和脱硫之后，其中产生的含有H2和CO的煤气作为燃料电池发电，随着我国煤气化多联产业的大量投资生产，煤制氢犯人技术和能力也将会迅速提高。

（二）煤制氢技术的发展

我国的能源消耗主要是以煤为主，当然煤制氢在我国的化工合成行业也在逐渐的普及和发展，但是从煤制氢发展技术的角度分析和研究，与国外的生产技术相比较，国内的煤制氢技术水平还是比较落后的，尤其是固定床水煤气炉制气工艺技术，这个种技术在生产的过程中产出的气量是比较低的，再气化效率方面也不高，更令人担心的是，这种技术在生产的过程中排放的鼓风器对环境造成严重的影响和破坏，显然这种技术与保护环境的原则是不相符合的，也不顺应社会时代的发展。所以根据以上分析，煤制氢技术要向更大容量、加压、煤种等适应范围广、效率高，有利于保护环境等良好的方向发展，例如，有利于环境方面的加压固定床气化技术、加压流化床技术等，尤其是在当今科学技术高速发展的今天，经济全球化加强，积极引进先进技术是提高煤制氢生产技术的有效途径之一，在当今社会激烈的竞争中，科技竞争和人才竞争是主流。另外我国的煤制氢所制出的氢气主要是用作合成氨和甲醇的原料，这显然是与未来发展中的以制氢为主的目的和原则不同，所以应该广泛开展煤制氢相关部门的研讨工作，把提高煤制氢生产技术工作提上日程，促进煤炭制氢气相关的行业等更快更好地发展，也为环境保护工作作出更多的贡献。

三、小结

综上所述，煤制氢的发展任重而道远，为了更好地提高煤炭制氢气的技术水平以及质量和效率，首先还是要从当前的现状进行分析，在实际情况的基础之上，采取有效的策略进行提高和创新，传统的方法和技术已经不适应当今时代的发展，煤炭制出的氢气在使用范围上还要进行不断的夸大，提升煤制氢的容量，从本文的分析我们可以看出当前当务之急的是对煤制氢的用途和技术两大方面进行整改和调整，但是其中仍是存在着很多不足之处，在实践的过程中需要我们不断的进行探索，积累经验，分析和总结出更加行之有效的策略，促进我国煤制氢生产更快更好地发展和前进。

参考文献：

[1]吕明，周俊虎，周志军，杨卫娟，刘建忠，岑可法.一种基于Zn/ZnO的新型煤气化系统理论能效分析及其环境性能评估[J].化工学报，2011.

氢能源篇8

【关键词】密封油；排油浮球阀；备用油源；减压阀

1 系统简介

GHE系统是发电机密封油系统，它主要有两方面的功能：一方面，给发电机轴两端的密封瓦提供压力油，防止氢气泄漏；另一方面，防止空气和湿气通过密封油进入发电机内部，保持发电机绕组干燥，并维持氢气的高纯度。

GHE系统分为空侧密封油系统和氢侧密封油系统。密封瓦配备在发电机壳体的两个端部，此处是轴穿出气密罩处，防止H2溢出。密封瓦有两个环形槽，允许两个单独的循环。空侧密封油进入密封瓦的外部槽，流向发电机壳体的外部；氢侧密封油进入密封瓦的内部槽，流向发电机壳体的内部。正常运行情况下空侧密封油压力由差压阀控制，将氢油压差维持在84kPa；氢侧密封油压力由两个平衡阀控制，精确的跟踪空侧密封油压力，使两个循环之间交换的油量最小，这样可以保证发电机内部H2的污染也最小。

两侧密封油系统分别配备一台交流密封油泵、一台直流密封油泵、两台并联的冷油器和两台并联过滤器。正常情况下使用交流密封油泵，直流密封油泵作为紧急情况的备用，不能保证机组长时间运行。为提高系统可靠性，空侧密封油还另设高压备用油源和低压备用油源。高压备用油源取自主油泵和高压备用密封油泵的出口，低压备用油源取自交流油泵出口。正常运行情况下主油泵作为空侧密封油第一备用油源，高压备用密封油泵作为第二备用油源，直流密封油泵为第三备用油源，低压备用油源只能在发电机内部低氢压下使用。备用油源上的备用差压阀可以将氢油压差维持在56kPa。

2 调试过程简介

由于GHE的油源来自GGR系统，GHE系统的调试在GGR系统具备启动条件后才能进行。在调试过程中启动GHE系统前必须首先启动GGR系统为GHE系统供油，同时由于氢侧密封油压力是跟踪空测密封油压力，在启动过程中空侧密封油泵应先启后停。

整个GHE调试阶段包括TP GHE 10和TP GHE 50，各部分主要内容如下：

TP 2 GHE 10是发电机密封油系统试验，主要是验证各信号及报警装置、联锁的正常动作；空侧交、直流密封油泵与氢侧交、直流密封油泵的正常\转及备用、联锁动作正常。

TP 2 GHE 50是发电机密封油系统热态功能试验，主要是验证发电机内氢压高于2bar时氢侧回油箱排油正常；额定氢压情况下空侧备用油源动作正常；热态工况下差压调节阀和平衡阀动作正常。

3 试验主要问题及处理

3.1 GHE排油浮球阀低氢压下不能排油

氢侧回油箱液位控制原理（上图）：液位低时，右侧浮球下降，自动补油浮球阀807VH打开，通过809VH补油，807VH故障无法开启时，手动打开810VH强制补油；液位高时，左侧浮球上升，自动排油浮球阀806VH打开，通过803VH排油，806VH故障无法开启时，手动打开811VH强制排油；也可以通过氢侧密封油泵出口023VH低压排油至空侧。

氢侧回油箱自动排油是利用油箱内与发电机相通的氢气压力进行排油。氢侧回油箱在高氢压情况下，自动排油/补油浮球阀动作正常，液位可以自动调节。但在低氢压情况下，排油浮球阀即使打开也不能完成排油，这是因为空侧静压大于氢侧回油箱油压。液位高引起排油浮球阀动作打开时，液位不降反涨，在这种情况下，需要微开低压排油阀023VH，并关闭排油阀803HV防止排油进入氢侧回油箱。

低氢压、低液位时，按浮球阀控制原理，排油浮球阀应该关闭，不会受空侧静压大于氢侧回油箱油压影响。但试验中发现，此种工况下排油浮球阀关闭不严，803VH这一段管路会持续给油箱补油。

由于低氢压工况下，不管液位高低，排油浮球阀均会有一开度给氢侧回油箱补油。所以发电机不充氢或低氢压运行工况下，自动排油这一路油管不可用。只能保持低压排油023VH有一开度，与系统补油达到动态平衡。

3.2 高备泵无法作为空侧密封油的备用

发电机气密性试验完毕后，空气压力维持在0.5MPa。启动GGR010PO，手动开启空侧密封油高压备用油源供油阀GHE009VH查看备用油源压力GHE009LP压力正常在0.88MPa。在KIC中将GHE003PO置于“联锁”位置，停运GHE001PO。此时随着GHE001MPd的压力变化情况，备用压差调节GHE402VH应该投运，氢-油压差降低并最终维持在0.056Mpa稳定值。但现场试验时发现交流密封油泵停运的瞬间，高压备用油压力低001SP会触发，因为直流密封油泵在联锁位置，所以003PO会启动，001MPd最终会稳定在0.084MPa。

原因分析为高压备用油源上减压阀整定值偏小，在备有油源投入后减压阀后有流量经过，压力降低，试验前观测到的0.88MPa实为憋压导致。所以出现上述问题是高压备用油压力确实低，才导致交流密封油泵停运后001SP会瞬时触发。

保证高压备用油源这一路投运的条件下，调整高压备用油源上减压阀，使之稳定在0.88MPa。重新验证高压备用油源的联锁，结果正常。

4 总结及改进意见

GHE系统是发电机重要的辅助系统，它的功能十分简单却及其重要，GHE系统的正常运行是发电机正常运行的必要前提。GHE系统的异常有可能导致发电机漏氢量增大，严重时将导致发电机降负荷运行甚至解列。从系统安装到调试移交过程中要严格把关，确保万无一失。尤其是对于关键步骤，如差压调节阀、平衡阀、氢侧回油箱以及备用油源管线等。正常运行时要密切关注氢油压差、空氢侧密封油压差、氢侧回油箱液位等关键参数，发现异常及时处理，确保系统的正常运行。同时调试过程中需要注意以下几点：

1）GHE系统启动前应切除平衡阀上的差压表，只有当系统稳定后，才可以投入运行，防止因系统不稳定损坏表计。

2）GHE系统启动前空侧密封油泵旁路阀应当打开，待系统稳定后逐步关闭该阀，防止因主差压阀调节迟缓，空侧密封油压力过高或油压振荡。

3）如果系统在启动时或运行过程中，出现系统油压周期性的振动，应立即逐步关闭主差压阀油压信号隔离阀，保护主差压阀不被损坏，待系统油压稳定后，再根椐需要逐步开大该油压信号隔离阀。油压信号隔离阀关闭和开启过程时间长短，以油压周期性的振动消失为依据。油压信号隔离阀开启程度为手柄关闭后，反向开启1圈左右。

4）氢侧回油箱排油浮球阀手动隔离阀在低氢压或无压情况下一定要关闭，防止排油浮球阀不严倒油进氢侧回油箱。

5）氢侧密封油泵停运前应将氢侧回油箱液位降至-150mm以下，防止管路中余油在重力作用下回油使氢侧回油箱满溢导致发电机进油。

尽管在调试过程中遇到了大量的问题，但是在大家的共同努力下，按时完成了全部调试工作，在长时间的试运行和汽轮机冲转的过程中，系统状态稳定，满足机组长期运行的要求。本文对系统在运行操作上提出一些建议，以提高系统本身对相应故障的处理能力，确保机组安全稳定运行。

氢能源篇9

[关键词]储氢材料；综述；发展现状

中图分类号：TGl39.7 文献标识码：A 文章编号：.

氢能作为一种清洁、高效、安全、可持续的新能源，被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，人类对氢能应用自200年前就产生了兴趣，到20世纪70年代以来，世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能研究。现如今，氢能已经在航空航天领域有了较为成熟的应用，氢能在小汽车、卡车、公共汽车、出租车、摩托车和商业船上的应用也已经成为焦点。其在由于氢易气化、着火、爆炸，因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的关键，广大专家学者对储氢技术、储氢材料的研究也从未中断过，换言之，安全可靠的贮氢和输氢方法是氢能发挥其优势的必要条件。传统的储氢手段（如高压气态储氢、低温液态储氢等）存在单位体积存储量低、安全隐患大等问题。另一种储氢方式是利用储氢材料储氢，主要包括储氢合金储氢、配位氢化物储氢、碳质材料储氢、有机液体氢化物储氢、多孔材料储氢等。本文对目前主要新型储氢材料的研究进展进行了综述，并对未来的储氢材料进行了展望。

1储氢合金

储氢合金在一定温度和压力下，能可逆地吸收、储存和释放H2，目前应用广泛。

1.1稀土系储氢合金

在稀土金属中加入某些第二种金属形成合金后，能够在较低温度下实现吸氢，人们通常将这种合金称为稀土储氢合金。LaNi5是应用较早的稀土储氢合金，由飞利浦公司于1969年首先发现，具有吸放氢温度低、速度快、平衡压差小、易于活化、不易中毒等优点。稀土储氢材料应用于国民经济中的冶金、石油化工、光学、磁学、电子、生物医疗和原子能工业的各大领域的30 多个行业，但主要应用领域是高性能充电电池―镍氢电池。

1.2 镁系储氢合金

美国布鲁克-海文国家实验室最早开始研究镁基储氢材料，并通过将镁和镍混合熔炼合成Mg2Ni合金，其在2MPa、300℃条件下能够与氢化合生成Mg2NiH4。在后续的研究中，人们不断通过形成纳米晶、非晶结构的Mg2Ni合金来改善Mg2Ni合金的吸放氢性能。在Mg2Ni合金添加诸如铜、锌、锰、铬、镍、钒等第三种元素也有助于性能改善，有些元素可以使吸放氢温度进一步降低， 有些则改善了吸放氢的动力学性能。同时，人们开始研究不含镍的镁基合金，其中以镁―铝系、镁―镧系的研究最为广泛。

1.3钛系储氢合金

钛系储氢合金具有防氢温度低（可在―30℃下实现放氢）、成本低的优点，但同时不易活化、易中毒、滞后现象比较严重。最常用的是钛铁，正在研究开发和应用的有：钛锰、钛镍、钛铬、钛锆、铬锰系等合金。它们都是脆性金属问化合物，使用寿命可达25000次循环以上，并保持性能基本不变，但反复循环吸、放氢后有粉化现象。为了改善性能并易于活化，随后又发展了钛铁锰储氢材料，如Ti44Fe51Mn5，可在室温条件下实现活化。

2碳质储氢材料

碳质储氢材料是通过吸附作用进行储氢的，其实质是一种物理储氢方法。碳质储氢材料主要是高比表面积活性炭、石墨纳米纤维（GNF）和碳纳米管（CNT ）。

2.1高比表面积活性炭

比表面积高的活性炭，单位质量表面积比常规活性炭大得多，吸附储氢性能自然也较常规活性炭优越。在适度压力、低温条件下，活性炭吸氢量随温度的降低而急剧增大。比表面积高的活性炭通过MACS处理，即表面酸性（一般用NaOH）和金属（Pd）改性处理，其吸附储氢能力至少可提高20wt%。活性炭吸附储氢较适合于规模较大的储氢系统，应用到工程上可作为汽车燃料的低压储氢系统。高比表面积活性炭由于吸氢量大、可重复使用，具有良好的应用前景，目前要使其大量应用于工业，必须克服吸氢温度低这一缺点，通过改性实现常温下储氢。

2.2碳纤维

碳纤维储氢的原理与高比表面积活性炭有类似之处，其内部中空，表面则形成很多分子尺寸的微孔，导致很大的比表面积。但实际吸氢过程不止存在物理吸附作用，现今的研究也不能完全准确的解释吸氢过程中的纳米孔中发生的物理化学作用。纳米碳纤维的研究中，中科院金属研究所范月英等自制的纳米碳纤维实现了约10%-12% （wt）的储氢容量。许多研究中，储氢容量已经接近国际能源协会（IEA）规定的未来新型储氢材料的储氢量标准，因而具有良好的应用前景。

2.3碳纳米管

碳纳米管为一维纳米材料，主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，由日本电子公司（NEC）的饭岛博士发现。碳纳米管由于重量轻，且具有独特的中空结构，应用于储氢效果显著，储存的氢气的密度堪比液态和固态氢。但在大量的研究中，很多研究者认为碳纳米管储氢最多为1%（质量分数），因此其大量应用于储氢的可能性不大。

3络合物储氢材料

目前研究最广泛的络合物储氢材料主要为NaAlH4，在温度超过200℃时，NaAlH4能够分解出氢气，理论计算的氢气放出量约为6.9%。如能克服温度的影响，实现较低温度下的反应可逆化，就能通过NaAlH4来实现吸放氢过程。有研究者通过在NaAlH4加入少量Ti4+、Fe3+离子使上述分解反应的温度有效降低，若反应温度进一步降低甚至实现可控，那么NaAlH4作为新一代的储氢材料将具有良好的应用前景。

4改性四氧化三铁储氢材料

西北大学王小芳等人对改性四氧化三铁储氢材料做了深入的研究，并介绍了其制备过程及性能分析。Fe3O4储-放氢原理如下：

第一步氢的储存（还原）： Fe3O4+4H23Fe+4H2O

（初始态反应为： Fe2O3+3H22Fe+3H2O）

第二步氢的放出（氧化）： 3Fe+4H2OFe3O4+4H2

王小芳等人通过改进制备方法和添加催化剂对材料进行进一步改性。在金属离子添加剂对Fe3O4储氢材料储氢性能的影响的实验中，他们发现Mo， Al， Cr和W均对Fe3O4具有催化改性作用，其中Mo的催化改性作用最好，Al次之。最终制备的添加了Mo金属离子的Fe3O4放氢温度最低， 为310～314℃（在放氢速率为300 μmol・min-1・Fe-g-1 时），低于目前同类最好的储氢材料近50℃左右，并且已接近IEA标准。

参考文献

[1]李中秋， 张文丽. 储氢材料的研究发展现状[J]. 化工新型材料， 2005， 33（10）： 38-40

[2]邓安强， 樊静波， 赵瑞红， 夏广军， 钱克农. 储氢材料的研究进展[J]. 化工新型材料， 2009， 37（12）： 8-10

[3]房文斌， 张文丛， 于振兴， 王尔德. 镁基储氢材料的研究进展[J]. 中国有色金属学报， 2002， 12（5）： 853-860

氢能源篇10

重点词：硫化氢综合录井气测钻井液

硫化氢(H2S)是一种无色、剧毒、强酸性气体。低浓度的硫化氢气体具有臭蛋味。对空气的相对密度1.176，比空气重。燃点为250℃燃烧时呈蓝色火焰，产生有毒的二氧化硫。硫化氢与空气混合，浓度达到4.3%～46%时就形成一种爆炸混合物。较低浓度的硫化氢即可使人头昏、头痛、恶心、呕吐甚至死亡，并可能产生严重的神经性后遗症。

1 硫化氢的监控及预防

1.1 硫化氢监控的要求。按要求配备固定式和携带式硫化氢监测仪，当空气中硫化氢含量超过安全临界浓度时，监测仪能自动报警，其喇叭应使井场工作人员皆能听到。

1.2 利用综合录井进行硫化氢监测。作好硫化氢的预测必须知道硫化氢的来源、存在形式及浸入井筒机理。

1.2.1 油气井中硫化氢主要来源：1）有些天然气中含硫化氢。2）地层中硫酸盐的高温还原作用所产生的硫化氢。3）石油中的含硫化合物分解产生硫化氢。4）地壳深部或幔源硫化氢通过裂缝向上部运移聚集。5）某些钻井液处理剂（硫化物、磺化物）在井下高温高压分解产生硫化氢。

1.2.2油气井中硫化氢浸入井筒机理：1) 破碎岩屑释放出的硫化氢。2）地层压力低于液柱压力，地层中硫化氢浸入井筒。3）钻井液处理剂在高温热分解作用下产生硫化氢。

2硫化氢预测方法

了解硫化氢的来源、存在形式及浸入井筒机理是预测的前提，收集区域沉积环境、岩性分布、地层压力分布、油气水分布和邻井资料是预测硫化氢的关键。

上井前尽量收集：1）所钻区域有无硫酸盐、碳酸盐地层分布，沉积环境是否是还原环境2）已钻邻井有无硫化氢侵入记录。3）试油、采油井油/水样的含硫化氢情况。4）地层压力分布情况。5）所钻井预计油气水分布。6）那些钻井液处理剂在高温热分解作用下能产生硫化氢。在统计分析以上资料的基础上，录井前对所录井硫化氢的浸入可能性进行评估，预测可能出现硫化氢的层位。

2.1 了解硫化氢的分布规律。石油勘探钻井所遭遇的硫化氢气体来自地层，是可以预测和控制的。对硫化氢预测和控制需要对地层含有硫化氢的可能性进行充分估计，并充分认识硫化氢气侵时井场硫化氢浓度的平面分布规律，以确定危险区和平安区，将监测重点放在危险区。由于硫化氢是比空气重的气体，脱气器和搅拌器的作用会使硫化氢从钻井液中释放出来，所以如果硫化氢气侵，井场硫化氢浓度最高的地方是脱气器罐，带搅拌器的泥浆池，其次是井口、循环池和大土池。

2.1.2硫化氢气体的实时监测。在硫化氢气体常见地区，进行硫化氢气体实时监测非常必要。目前硫化氢检测方法有很多种，如利用硫化氢气体检测仪和快速化学分析方法，其中综合录井常用的方法是气敏电极检测仪。该仪器携带、安装方便，灵敏度较高，能够满足钻井现场对硫化氢检测的需要。

仪器测量范围为0-50ppm（或0-100ppm），精度为±5%FS，具声、光两种报警方式，报警极限可根据需要设定（一般低限10ppm，高限20ppm）。其响应时间小于30秒，恢复时间小于30秒。适于进行H2S的在线测定。外部探测器适用温度为-20℃-70℃，比较适应新疆地区的现场作业环境。

（1）硫化氢监测预报实例1

录井现场一直注重硫化氢的监测，在多口井成功地进行了硫化氢气侵的监测和预报，避免了硫化氢中毒事件的发生，为钻井安全施工和人员安全健康提供了保障。2009年8月23日21:00XX井在钻到1287.23m，室内H2S从0ppm上升至47ppm，室外H2S从0ppm上升至8ppm，同时，气测值从800ppm上升为最大值23056ppm，C1从0ppm上升至20678ppm，组份出至C4。

根据H2S预报依据图发现，在20:55首先室内H2S出现异常（0ppm上升到19ppm），相对应的气测也有小幅度异常，环境H2S（出口）略微上升（1ppm上升到4ppm），在21:33室内H2S再次出现异常，幅度较上一次高，室内H2S浓度最高达到了47ppm，此时环境H2S（出口）也在上升（由4ppm上升到8ppm），与H2S异常相对应的是气测值从800ppm上升为最大值约为23056ppm,C1从0ppm上升至20678ppm,组份出至C4。

经分析该井邻井在本段地层都有油气显示，询问泥浆工程师：泥浆方面在井深487.000m之前未加入化工材料，确认H2S的来源是由钻井新地层产生的。

在发现室内H2S报警后，及时通知井队发出报警见实际预报抓图2-1。

3 结论

3.1 硫化氢预防的注意事项：现场要多方积极配合，做好预防和保护工作。为此，需要做好以下几方面的具体工作。

现场要配备充足的硫化氢标准样，并定期进行检测器灵敏度的校验；

硫化氢检测器的工作温度为-20℃-70℃，因此冬季施工要注意检测器的保温，夏季施工防止检测器在烈日下暴晒；

目前综合录井检测硫化氢探头有三路，一路在钻台面下喇叭口附近，用于监测钻台下硫化氢，一路在钻井液出口缓冲罐附近，监测钻井液出口\震动筛附近的硫化氢、一路通过在气测样品气排气口处安装硫化氢探头，监测井内返出钻井液中的硫化氢，三路硫化氢检测器能够全方位监测井筒、井场环境的硫化氢含量变化。

为保证有效准确的检测硫化氢，必须作好保证硫化氢探头工作良好是监测硫化氢的关键；使用前要经过质检部门的检验；现场安装好硫化氢探头在使用前要标定探头。硫化氢探头的安装位置合理，为确保及时发现硫化氢的存在，要求硫化氢检测器的安装位置合理。环境中检测的硫化氢的探头安装位置要选择在硫化氢最早逸出、最易聚集硫化氢的地方。

3.2 硫化氢监测预报的结果。近年在录井过程中多次检测到硫化氢，并及时作出了预报。检测到硫化氢一般都是室内硫化氢超标，而环境中硫化氢异常不大。这主要是因为室外检测的硫化氢是钻井液中自然逸出的硫化氢，而室内检测的是经脱气器脱出的钻井液中的硫化氢。钻井液对硫化氢有一定的溶解度，只有井内浸入硫化氢量超过钻井液溶解饱和度或在机械破碎钻井液的情况下才能逸出。所以硫化氢科学预报应分为：1）井内硫化氢浸人预报。2）环境硫化氢危险预报。

H2S的危害是巨大的，但是只要录井按要求作好监测工作，出现H2S后认真分析各种资料，及时报警，重庆开县的悲剧就不会发生。

参考文献：

王清华等.塔里木油田录井技术.北京：石油工业出版社，2009.7

第一作者：李全：助理工程师 本科 1978年生，2003年毕业于克拉玛依职业技术学院石油地质专业。现在克拉玛依广陆有限责任公司从事石油地质工作。