氢能还有哪些方面应用广泛?
为了调节高峰负荷,往往需要在电网中启动快速灵活的电站,而氢发电最适合扮演这个角色。氢气和氧气燃烧形成氢氧发电机组。该机组为火箭式内燃机,配有发电机,结构简单,维护方便,启动、起停迅速,不需要复杂的蒸汽锅炉系统。当电网低负荷时,它还可以吸收多余的电来电解水,生产氢气和氧气,用于高峰时段发电。这一规定对电网运行非常有利。
此外,氢和氧还可以直接改变常规火力发电机组的运行,提高电站的发电能力。比如氢氧燃烧构成磁流体发电,用液氢冷却发电装置,从而提高机组的功率。比较新的氢能发电方式是氢燃料电池,它是利用氢气和氧气(进入空气中)直接通过电化学反应产生电能的装置。换句话说,就是水电解槽产生的氢气和氧气的逆反应。
这种新型发电方式吸引了全世界的目光。从20世纪70年代开始,日本和美国加紧了对各种燃料电池的研究,现在已经进入商业化开发阶段。日本建造了一座万千瓦燃料电池发电站,而美国有30多家制造商正在开发燃料电池。来自德国、英国、法国、荷兰、丹麦、意大利和奥地利的20多家公司也投资于燃料电池的研究。
燃料电池的理想燃料是氢气,因为它是电解制氢的逆反应。燃料电池的主要用途不仅是建立固定电站,还特别适合移动电源和车船电源,因此也是未来氢能利用的孪生兄弟。
此外,氢能在人们的生产生活中也发挥着重要的作用。氢气在氧气中燃烧放出大量的热量,其火焰-氢-氧火焰的温度高达3000℃,可用于焊接或切割金属。氢气还广泛应用于冶金和化学工业。
氢能在民用生活中也有广泛应用。燃料电池发电系统的民用主要包括氢发电、氢介质能源储运、氢空调、冰箱等。有些已经在实践中应用,有些正在开发,有些还在探索中。目前,美国、日本和德国已有少量家庭使用质子交换膜燃料电池提供能源。家庭使用的燃料电池一般在50千瓦以下,目前的燃料电池技术完全可以满足家庭供能需求。氢气进入家庭后可以作为取暖燃料。这主要是由于氢能热值高,远高于其他燃料。氢气燃烧后能放出更多的热量,是一种理想的加热燃料。在寒冷的冬天,我国各地,尤其是北方,基本上都是靠烧煤取暖。大规模燃烧煤炭会造成空气中二氧化硫含量突然增加,导致环境污染,危害人体健康。此外,二氧化硫和水结合也可能形成酸雨。如果用氢能加热,氢气燃烧的产物只有水,非常干净,不会破坏环境。这样,人们可以摆脱二氧化硫造成的空气污染。
除了用于家庭取暖,氢能还可以用作做饭的燃料。目前,城市居民主要用天然气做饭。天然气虽然是很好的能源,但其主要成分是甲烷,燃烧后会产生温室气体二氧化碳。使用氢作为燃料可以减少温室气体排放。
氢气可以进入家庭后,还可以解决生活污水处理问题。我们生活中的洗衣服、洗手的废水,经过适当的处理一些离子后,可以作为燃料产生氢气。这样既节约了水资源,又减少了废水排放后的污染。将来,人们可以在家里制造氢气。只要人们打开自来水,水流过一个特殊的机器,就可以分解成氢气,这样就可以随时使用清洁的氢能源。氢气在制备、燃烧、处理等很多方面都不会对环境造成影响,也就是说氢气不仅可以改善空气质量,还可以解决一系列环境问题,所以是真正的清洁能源。
最新数据显示,氢能对人类生命延续也有很大作用。日本医科大学的鸣人太田教授在分析氢气对培养细胞的影响时发现,氢气可以去除羟基离子,这是一种氧化能力很强、对身体有害的活性氧。活性氧被认为是细胞衰老的原因之一。研究人员用老鼠做实验。在实验中,人们给一组引起脑梗塞的实验鼠吸入2%的氢气,而另一组不采取任何措施,研究氢气是否能防止活性氧引起的脑细胞老化和死亡。结果显示,吸入氢气的实验小鼠脑细胞死亡数量不到对照组的一半。这一发现为人们提供了一种思路,即可以利用氢气制造一种特殊的“药物”,阻止人体细胞衰老,从而延缓衰老。学习点