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能源科技與未來 期末報告 氫能科技 陳孟宏 / 四技資管一甲 范芳瑜 / 四技企管三甲 吳承翰 / 四技英語二乙 林昱欣 / 四技日語三甲 第六組 指導老師： 劉全 副教授 資管一甲 49990076 陳孟宏 前言 目前的石油經濟中，人員運輸和商 品運輸都靠石油，例如石油提煉的 汽油和柴油，少數是天然氣。而環 境汙染以及能源不足的問題越來越 嚴重進而發展尋找替代能源 能源問題 自從 1970 年代的石油危機發生以後，先進國 家對替代能源的尋找轉趨積極，氫能尤其受到 重視。因為氫的來源（水）取之不盡，用之不 竭，而且燃燒後的產物也是水，非常乾淨，絕 對符合環保要求。 因此美國能源部於當年 11 月在華府舉辦一個 氫能源會議，目標在為美國未來尋找一種更安 全和更乾淨的能源，結果一致認為氫氣是未來 重要能源之一。 能源問題-氫能源會議 （1）減少對進口石油的依賴是一個國家安全問題 （2）必須降低排放會產生空氣污染及溫室效應 的氣體 （3）氫氣是美國解決未來能源問題所必需的 （4）所謂的氫能經濟已經來臨，但可能需數十 年才能轉換成功 （5）即使使用氫能的機具都已成熟，內部的 運作系統仍有待建立 （6）氫能經濟的發展會面臨「雞生蛋、蛋生雞」 的問題。 能源問題-石油含量不足 專家說2030年世界石油會面臨用完的危危機而且石油藏量 已經到達極限，但是使用需求卻一直飆高， 能替代石油的有- (1)氫能材料 (2)燃料電池 (3)動物脂肪 環境問題-氣體汙染 氣體污染對環境所造成的重大影響 1.臭氧層破洞 2. 溫室效應 3. 酸雨 為減少二氧化碳的排放，清淨能源的新趨勢 使用氫、碳含量比愈高的能源。 因此 慢慢發展出了 氫經濟 –氫能源 氫經濟 為了取代諸多困擾的石油經濟 體系而生的解決方案。 何謂氫？ 位於元素週期表之首，它的原子序數為1，在常 溫常壓下為氣態，在超低溫高壓下又可成為液 態。 作為能源，氫有以下特點 所有元素中，氫重量最輕。 所有氣體中，氫氣的導熱性最好 所有氣體中，氫氣的導熱性最好， 比大多數氣體的導熱係數高出10 倍，因此在能源工業中氫是極好的 傳熱載體。 氫是自然界存在最普遍的元素 等 等 ‧‧‧ H+ 氫離子 OH－ 氫氧根離子 CH3COO－ 醋酸根離子 HCO3－ 碳酸氫根離子 HSO4－ 硫酸氫根離子 H2O 水 H2O2 過氧化氫(雙氧水) C2H5OH 酒精(乙醇) 除核燃料外氫的發熱值是所有化石燃料、 化工燃料和生物燃料中最高的 是汽油發熱值的3倍。 與其他燃料相比氫燃燒時最清潔 除生成水和少量氨氣外不會產生諸如一氧 化碳、二氧化碳、碳氫化合物、鉛化物和 粉塵顆粒等對環境有害的污染物質，少量 的氨氣經過適當處理也不會污染環境。 燃燒生成的水還可繼續制氫，反复循環使 用。 氫能利用形式多 可以通過燃燒產生熱能 在熱力發動機中產生機械功 可以作為能源材料用於燃料電池 轉換成固態氫用作結構材料 能適應貯運 及各種應用環境的不同要求 儲存液態氫的鋼瓶 企管三甲 49770083 范芳瑜 這些顯示了氫能源的重要性 氫經濟是為了取代 諸多困擾的石油經 濟體系而生的解決 方案。包含運輸， 和其他會導致溫室 氣體的應用；一次 給予解決計劃。 甚至… 2100年後， 是氫能源的天下。 太陽是地球最大的能源提供者。 目前最佳的解決方案 絕大部分的氫氫是以化合物的型式存在自然界，無 法直接搜集使用。 氫利用方式 未來的能源系統 氫能源的發展，有三個考量層面 1. 如何製氫 2. 如何儲存和運送氫 3. 如何將氫轉換其他方便使用之 能源 製氫技術 -生物光合作用 雖效率低（約0.2％），但可用於特殊環境，如污水處理場等。 -以石化能源或生質物 例如：A.生物質裂解成CH4（甲烷） B.生成合成氣 CH4＋H2O→3H2＋CO C.水氣轉移 CO＋H2O→H2＋CO2 D.總反應 CH4＋2H2O→4H2＋CO2 -電解水 電解能 壓縮氫 氣 液態氫 固態形 式 -壓縮氫氣 氫氣可以經壓縮後儲存在加 壓罐內，氣體的壓縮或液化是 一種很昂貴的過程，壓力可以 高至 400 大氣壓，因此需要定 期檢查它的安全。 -液態氫 是氫氣經由降溫而得到的液 體。液態氫須要保存在非常 低的溫度下 （大約在20.268開爾文， 252.8℃） 。 -固態形式 這並不是以固態氫的形式儲 存，一般是使氫氣吸附在金 屬氫化物或奈米碳管上加以 儲存。 - 相關比較表 應英二乙 498c0119 吳承翰 氫能應用 現階段氫能的主要使用方式: 1. 氫的直接燃燒 2. 氫燃料電池的電化學轉換 1.直接燃燒（如引擎） 燃燒純氫氣，其火焰溫度超過２０００℃，一般的設備承受不了； 氫火焰沒有顏色，容易燒傷人，給使用帶來不便。如果將氫按一 定比例添加到天然氣、汽油中作為民用生活燃料或汽車燃料，不 必改變用戶的任何設備，就能使氫大有用武之地。 氫—天然氣、 氫—汽油、氫—柴油等混合燃料，因排放污染物少，成本低廉， 易於推廣，在近期更適合我國的國情，應該給予特別的重視 。 2.氫燃料電池的電化學轉換 燃料電池是將氫的化學能轉化為電能與熱能的電化學裝置。 燃料電池採用模塊化能源轉換器，運行時無噪音，結構緊 湊，沒有移動部件，無振動。燃料電池的效率很高，總的 能源使用率在８０％以上。同時，以純氫作燃料時，排放 的是溫暖的氣體和水蒸氣，根本不產生污染物。 氫能發展相關障礙 1. 成本問題 2. 需求量問題 3. 環保問題 4. 新的生產技術有待研發 5. 安全問題 1.成本問題 消費太高，使消費難具誘因 氫氣運送管線很高 昂高過任何電線管路、也比天然氣管線貴將近 三倍，因為氫會加速一般鋼管的碎裂(氫脆化)， 增加維護成本、外洩風險、和材料成本。 2.需求量問題 需求量不足，這和消費是雞生蛋、蛋生雞的問 題。 需求 供給 3.環保問題 碳氫化合物的氧化是另一種熱反應生產方法，它是把限量 的氧氣在高溫下，通過碳氫化合物。最常用的碳氫化合物 是甲烷，反應生成物是氫氣和二氧化碳。由於需要純氧， 所以成本較高。上述方法都會產生大量的二氧化碳，造成 溫室效應的環保問題。 4.新的生產技術有待研發。 5.安全問題 氫在常溫下是一種無色、無臭、無毒的氣體，甚至燃燒的 火焰都是無色的，很不容易察覺它的存在。它的問題出在 很容易燃燒和爆炸，氫在低至 20K 的溫度就達到引燃點， 其混合氣體的引爆範圍非常廣，在空氣中含有 3 ~ 75％ 體積的氫氣都可引發氣爆。 結語 氫的來源（水）取之不盡，用之不竭，而且燃 燒後的產物也是水，非常乾淨。但生產氫需要 耗費很多能源，也產生了環保的問題，且能源 轉換技術有待提升，供需系統也尚未建立。 資料來源 http://www.materialsnet.com.tw/DocView.aspx?id= 7490 http://www.me.ncu.edu.tw/energy/MEA026/%E6 %B0%AB%E7%B6%93%E6%BF%9F.pdf http://tw.search.yahoo.com/search;_ylt=A3eg8qH afxFNvnMAb2tr1gt.?p=%E6%B0%AB%E8%83%B D%E6%BA%90&fr2=sb-top&fr=yfp&rd=r1 THE END