21世纪可持续能源丛书--氢能(21世纪的绿色能源)
本书是《21世纪可持续能源的丛书》之一。氢能作为21世纪的绿色能源，由于其清洁，便于储存和资源丰富的特点，在未来可持续能源中占有重要地位。本书收集了氢的基本数据和最新研究发展的成果，全面系统地介绍了氢能的方方面面。包括开发氢能的必要性和迫切性；氢的基本性质；氢的各种制取和纯化方法；氢的储存和运输；氢在内燃机车、火箭、汽车、船舶、交通工具以及以氢为动力的燃料电池...
- ￥58.00
丛书名: 21世纪可持续能源丛书
ISBN: 7-5025-6039-4
版次: 1
出版时间: 2006-03-18
图书介绍
图书前言
能源是人类发展的根本保证。自英国工业革命以来，社会的所有进步，可以说都是建筑在大量使用化石燃料煤、石油、天然气的基础上。当人类陶醉于日益丰富的物质文明时，却发现化石能源不多了，而且化石能源带来的环境污染已经不能令人容忍。 但是由于人口的增长和人类物质、文化生活水平的普遍提高，人类对能源的需求还在急速地增加。据统计，在20世纪初，全世界对能源的需求量约每50年增长1倍，而在20世纪中叶，每30年增长1倍；到20世纪80年代，则每15～20年增长1倍。其中电能由于使用方便，需求量增长更快，约10～15年增长1倍。 煤炭、石油和天然气等化石燃料是不可再生能源，而其储量是有限的，所以，应了中国的一句古话“坐吃山空”。化石燃料资源日益枯竭，加之分布不均，受到地区的限制；由此引发战争也是不可避免的。 大量使用化石能源对大气和环境造成了严重污染，对生态系统和人类本身带来了损害。世界气候异常，酷热、严寒、洪水、海啸肆虐地球，人们已经不能安宁地享受生活。 现在，全世界都很重视研究开发新的能源，可再生能源是研究热点。可再生能源包括太阳能、风能、潮汐能、波浪能、地热能和水力能等，他们都需要具有“可储存”特性的氢作为能源载体。即使到了受控热核聚变完全成功，为人类彻底解决了能源问题，仍然需要氢的同位素作为原料，需要氢能作为能源载体。氢，是最轻的也是自然界最丰富的元素，大约占宇宙所有物质的80%。它存在于所有类型的化石燃料，它存在于最大的能量之源--太阳中。太阳由几乎100%的氢构成，它的能量来自氢原子的核聚变。 氢的资源丰富。在地球上的氢主要以其化合物，如水和碳氢化合物：石油、天然气等的形式存在。而水是地球的主要资源，地球表面的70%以上被水覆盖；即使在大陆，也有丰富的地表和地下水。水就是地球上无处不在的“氢矿”. 氢的来源多样性。可以通过各种一次能源（可以是化石燃料，如天然气、煤、煤层气）；也可以是可再生能源，如太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热）或者二次能源（如电力）来开采“氢矿”。地球各处都有可再生能源，而不像化石燃料有很强的地域不均匀性。 氢能是最环保的能源。利用低温燃料电池，由电化学反应将氢转化为电能和水。不排放CO2和NOx，没有任何污染。使用氢燃料内燃机，也是显著减少污染的有效方法。 氢气具有可储存性。就像天然气一样，氢可以很容易地大规模储存。这是氢能和电、热最大的不同。这样，在电力过剩的地方和时间，可以用氢的形式将电或热储存起来。这也使氢在可再生能源的应用中起到其他能源载体所起不到的作用。 氢具有可再生性。氢由化学反应发出电能（或热）并生成水，而水又可由电解转化氢和氧；如此循环，永无止尽。 氢是“和平”能源，因为它既可再生又来源广泛，每个国家都有丰富的“氢矿”。化石能源分布极不均匀，常常引起激烈抗争。例如，中东是世界石油最大产地，也是各国列强必争之地。从历史上看，为了中东石油已发生多次战争。事实上，当前中东严峻的形势也是石油所致。 由于氢具有以上特点，可以同时满足资源、环境和持续发展的要求，是其他能源所不能比拟的。因此可以说，氢能是人类未来的能源。 30年前，一批科学家、学者呼吁人们重视氢能，成立了国际氢能学会。2003年，应美国能源部的倡议，在华盛顿成立了“氢能经济国际合作伙伴”的官方组织，致力推动氢能全球产业化，我国是首批16个成员国之一。氢能已经提到政治家的议事日程，氢能离我们不远了。 2004年5月的最后一周，堪称中国国际氢能周。5月23日中美氢能发展高级研讨会，5月24日中德可再生交通能源合作指导委员会第一次会议，5月26～27日氢能经济国际合作伙伴计划（IPHE）指导委员会第二次会议，5月25～28日，第二届国际氢能论坛在北京人民大会堂和凯宾斯基饭店召开。这一系列高层次、集中的活动不仅预示着中国对氢能发展已开始表现出了前所未有的重视，也可以看出世界对中国未来氢能发展的关注。 虽然人们认识氢已经有200多年了，并且氢在化学工业已经大显身手，目前，我国年产氢达到800万吨，名列世界前茅。但是作为能源，氢还是“新手”。有必要大力宣传，引导、推荐、介绍氢能。 我在英国进修四年之后，于1993年回国开始着手燃料电池的研究，进而又涉及氢能其他方面，始终处在氢能科研的第一线。国内有关氢能的书不多，本人一直希望能有朝一日，编写较为全面的氢能小册子，向我国各界读者介绍这一正在迅速发展的新能源领域的基本知识、基本情况和最新进展，为读者提供一个初步的、定性的但较为准确的概貌。 2003年夏，本人有幸在清华大学开了一门研究生课程，叫做“氢能工程”, 30多名来自各系的研究生，挤在能科楼狭小的教室里，充满生气与活力。讲课过程中，和同学们相互讨论，我虽是授课者，却从同学们那里得益匪浅。恰逢化工出版社希望出版能源丛书，遂以讲稿为蓝本、增补内容而成；故本书的部分内容，也有听课同学的贡献，我要借此机会，表示谢意。 氢能涉及的面很广；有些领域，如生物制氢、热核反应等离我的专业甚远，为了保持氢能的全貌，也勉为其难地收集资料，加以介绍。这里，我要感谢中国电子工程设计院陈霖新高工，中国科学院化学所沈建权研究员，北京有色金属研究总院蒋利军研究员，清华大学核能与新能源技术研究院李赏博士等专家在百忙之中为本书校对相关章节，提出许多宝贵意见，提高了本书的准确性。 我还要借此机会感谢我的同事和研究生们，他们帮助录入了大量的文稿；研究生刘志祥、潘文钰、张扬键、黄建兵、段世杰等协助准备不少插图，博士后彭冉冉、尚玉明都提供了有用的素材。还有许多同事的鼓励和帮助，在此一并致谢。 最后，我要感谢我的夫人，清华大学方军副教授，她阅读全部初稿并提出许多有益的建议；她的全力支持，使我得以克服许多意外的困难，完成本书。 氢能是一个内容十分广博而又不断更新的科学技术领域，在编写过程中，本人尽量收集国内外最新资料，力求论述准确、理论结合实际。由于时间紧迫、加之本人水平有限，书中错误难免，恳请读者批评指正。
精彩书摘
本书是《21世纪可持续能源的丛书》之一。氢能作为21世纪的绿色能源，由于其清洁，便于储存和资源丰富的特点，在未来可持续能源中占有重要地位。本书收集了氢的基本数据和最新研究发展的成果，全面系统地介绍了氢能的方方面面。包括开发氢能的必要性和迫切性；氢的基本性质；氢的各种制取和纯化方法；氢的储存和运输；氢在内燃机车、火箭、汽车、船舶、交通工具以及以氢为动力的燃料电池等方面的应用前景。本书可供从事氢能研究的化学、化工、材料学与工程等专业的技术人员、高等院校相关专业的教师、研究生参考，也适用于从事能源领域的科技人员、管理人员及一般读者阅读。
目录
第1章 导论1 11 化石能源短缺与汽车1 12 环境要求2 13 可持续发展的压力4 131 能源安全4 132 经济发展的需要5 133 新的经济增长点5 14 氢能是能源历史的必然9 15 氢能发展史10 16 永恒的能源：氢能13 161 氢和电力、蒸汽的比较13 162 核聚变14 163 为什么氢是永恒的能源17 第2章 氢的发现19 21 氢的发现过程19 211 氢从何而来19 212 氢发现简史19 22 氢的分布20 221 地球上的氢20 222 空间中的氢20 223 人体中的氢21 23 氢的性质21 231 氢的原子结构和分子结构21 232 氢的物理性质21 233 氢的化学性质24 234 氢键26 235 正氢和仲氢26 24 氢的形态28 241 气体氢28 242 液体氢28 243 固体氢30 25 氢的实验室制备31 251 制备方法31 252 实验装置31 26 氢的能源特性32 27 氢的同位素33 271 氢同位素的发现33 272 氢同位素的性质34 273 氢同位素的用途35 28 “分数氢”36 281 分数氢的提出36 282 分数氢理论对重大理论提出挑战37 283 来自科学界的两种对立观点38 284 分数氢理论展望40 第3章 用水制氢41 31 水电解制氢41 311 电解水制氢的基本原理41 312 水电解的能量与物料平衡47 313 水电解制氢装置48 314 重水电解57 315 煤水电解制氢58 316 压力电解58 32 热化学制氢60 321 为什么要研究热化学制氢60 322 热化学制氢的历史61 323 热化学制氢现状61 324 热化学循环体系的选择64 325 热化学制氢的国内现状65 326 热化学制氢的展望65 33 高温热解水制氢68 331 高温热解水制氢原理68 332 高温热解水制氢的难点68 333 高温热解水制氢前景69 第4章 化石能源制氢70 41 煤制氢72 411 传统煤制氢技术73 412 我国煤炭气化制氢现状74 413 煤制氢零排放技术78 414 煤炭气化制氢用途的发展80 42 气体原料制氢81 421 天然气水蒸气重整制氢81 422 天然气部分氧化重整制氢85 423 天然气催化热裂解制造氢气86 424 天然气制氢气新方法86 43 液体化石能源制氢86 431 甲醇裂解-变压吸附制氢技术87 432 甲醇重整88 433 以轻质油为原料制氢88 434 以重油为原料部分氧化法制取氢气89 第5章 生物质制氢90 51 微生物转化技术91 511 生物制氢发展历程91 512 生物制氢方法比较92 513 生物制氢技术现状93 514 生物制氢前景97 52 热化工转化技术97 521 热化工转化技术发展史97 522 固体燃料的气化97 523 生物质热解103 524 热化工转化优缺点104 53 国际生物质利用简况106 54 我国生物质利用设想108 541 农村的生物质利用108 542 国民经济中的大生物质能109 第6章 其他制氢方法111 61 烃类分解生成氢气和炭黑的制氢方法111 62 氨裂解制氢112 63 新型氧化物材料制氢112 64 NaBH4的催化水解制氢113 641 基本原理及装置介绍113 642 存在的问题115 65 硫化氢分解制氢115 651 硫化氢分解反应基础知识116 652 硫化氢分解方法117 653 主要研究方向120 66 太阳能直接光电制氢121 67 辐射性催化剂制氢122 68 各种化工过程副产氢气的回收122 69 电子共振裂解水122 610 陶瓷和水反应制取氢气122 第7章 氢的纯化124 71 氢气中的杂质124 72 为什么要纯化氢125 721 能源工业要求125 722 现代工业的要求126 723 在电子工业中的应用127 73 氢的实验室纯化方法127 731 纯化方法概述127 732 实验室催化纯化127 733 实验室聚合物膜扩散法127 734 实验室金属氢化物法131 74 氢的工业纯化方法132 741 低温吸附法132 742 工业化低温分离133 743 工业化变压吸附133 744 工业化无机膜分离136 第8章 太阳能-氢能系统139 81 什么是太阳能139 82 如何从太阳能得到氢140 821 太阳能电解水制氢140 822 太阳能热化学制氢141 823 太阳能光化学制氢141 824 太阳能直接光催化制氢141 825 太阳能热解水制氢144 826 光合作用制氢144 83 太阳能-氢能系统145 831 太阳能-氢能系统145 832 尝试太阳能-氢能系统145 84 太阳-氢能系统的科学性、经济性146 841 太阳-氢能系统的科学性146 842 太阳-氢能系统的经济性147 第9章 氢的储存148 91 氢能工业对储氢的要求148 92 目前储氢技术148 921 加压气态储存148 922 液化储存149 923 金属氢化物储氢150 924 非金属氢化物储存153 925 目前储氢技术与实用化的距离154 93 储氢研究动向155 931 高压储氢技术155 932 新型储氢合金155 933 有机化合物储氢156 934 碳凝胶159 935 玻璃微球159 936 氢浆储氢160 937 冰笼储氢161 938 层状化合物储氢161 第10章 碳材料储氢162 101 碳储氢材料影响因素162 102 活性炭储氢162 1021 活性炭分类162 1022 活性炭储氢163 1023 活性炭储天然气164 103 纳米碳储氢165 1031 纳米碳的发现165 1032 纳米碳制备166 1033 纳米碳处理167 1034 纳米碳储氢168 104 纳米碳电化学储氢172 1041 碳纳米管电化学储氢概况173 1042 铜粉复合定向碳纳米管电化学储氢174 1043 沉积纳米铜的定向多壁碳纳米管电化学储氢179 1044 定向多壁碳纳米管电化学储氢机理探讨182 第11章 氢气输送与加注184 111 车船运输184 1111 液氢储罐184 1112 压力容器185 112 管道输送186 1121 液氢的管道输送186 1122 气氢管道187 1123 有机化合物输氢管道187 113 氢气输运小结187 114 加氢站背景材料188 115 国外加氢站情况190 116 以天然气为原料的加氢站结构以及主要设备193 1161 系统流程示意图193 1162 系统及主要设备193 117 以水为原料的加氢站结构以及主要设备197 1171 系统流程示意图197 1172 水电解加氢站设备197 118 加氢站安全197 第12章 核聚变199 121 什么是受控核聚变199 1211 原理199 1212 核聚变历史201 122 怎样实现核聚变203 1221 实现核聚变条件203 1222 原料205 1223 设备205 123 核聚变的优点210 1231 释放能量大210 1232 原料丰富210 1233 环境友好210 1234 核聚变比核裂变的原料成本低210 124 核聚变研究现状210 125 核聚变前景213 1251 冷聚变213 1252 受控热核聚变前景214 第13章 燃料电池216 131 燃料电池原理216 1311 燃料电池简史216 1312 威廉·格罗夫的燃料电池217 1313 燃料电池热力学217 1314 燃料电池特点221 1315 燃料电池分类222 132 碱性燃料电池224 1321 碱性燃料电池原理224 1322 碱性燃料电池技术发展225 133 质子交换膜燃料电池227 1331 质子交换膜燃料电池工作原理227 1332 质子交换膜燃料电池关键材料与零部件229 134 直接甲醇燃料电池231 1341 直接甲醇燃料电池原理231 1342 直接甲醇燃料电池研究现状232 1343 直接甲醇燃料电池发展前景234 135 磷酸燃料电池235 1351 磷酸燃料电池原理235 1352 磷酸燃料电池电站技术发展概况236 1353 磷酸燃料电池商业化237 136 熔融碳酸盐燃料电池240 1361 熔融碳酸盐燃料电池原理240 1362 熔融碳酸盐燃料电池技术发展概况241 137 固体氧化物燃料电池242 1371 高温固体氧化物燃料电池242 1372 低温固体氧化物燃料电池245 138 特种燃料电池251 1381 金属-空气燃料电池251 1382 再生式燃料电池252 1383 直接生化燃料电池262 1384 直接炭燃料电池264 139 燃料电池系统265 1310 燃料电池应用范围266 第14章 氢内燃机268 141 氢内燃机基本概念268 142 氢内燃机历史269 143 氢内燃机汽车270 144 氢内燃机飞机274 145 氢燃料火箭277 1451 氢燃料火箭背景277 1452 我国的氢火箭发动机278 146 氢混合燃料279 1461 氢-油混合燃料279 1462 氢和天然气混合燃料282 1463 各种燃料比较282 第15章 燃料电池和交通工具284 151 燃料电池车辆原理284 1511 工作原理284 1512 燃料电池车的重要部件284 1513 燃料电池用于交通运输的优势294 152 燃料电池车辆295 1521 燃料电池公共汽车295 1522 燃料电池轿车301 1523 燃料电池特种车辆305 1524 燃料电池车辆项目306 153 燃料电池船舶316 1531 燃料电池船只优点316 1532 燃料电池船只项目316 1533 我国燃料电池船只318 154 燃料电池机车320 155 燃料电池飞机321 156 我国早期的燃料电池车322 第16章 家庭及微型燃料电池327 161 社区用热电联供燃料电池电站327 1611 分布式电站327 1612 磷酸燃料电池电站327 1613 熔融碳酸盐燃料电池电站333 1614 固体氧化物燃料电池电站334 1615 质子交换膜燃料电池电站336 162 家庭燃料电池电站338 163 微型燃料电池电源344 1631 为什么需要微型燃料电池344 1632 微型燃料电池的燃料345 1633 微型燃料电池的难度346 164 微型燃料电池研究现状346 1641 笔记本电脑电源349 1642 便携信息终端电源350 1643 手机电源350 165 微型燃
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ISBN：7-5025-6039-4
语种：中文
开本：16
出版时间：2006-03-18
装帧：平装
页数：436