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說到氫氣，小朋友都認識它，

它很輕，氫氣球很好玩，

一不小心飛上天。

氫很容易獲得，利用金屬活動性比氫強的金屬與(yu) 酸反應，就能置換出氫氣來。中學實驗中就用鋅與(yu) 稀硫酸反應製氫，Zn+H2SO4=ZnSO4+H2。當然也可以用鉀、鈣、鈉等金屬與(yu) 稀酸反應，可能其激烈程度你Hold不住。

在商業(ye) 應用中用鋁和氫氧化鈉溶液反應製取:

2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2↑

路邊賣氣球用的零壓氫氣機就是根據鋁和氫氧化鈉反應製氫充球。因為(wei) 是開放性，是一邊放料一邊充球，機內(nei) 是無氣壓的，安全係數較高。

氫很容易獲得，鋼鐵、化工等等生產(chan) 中就會(hui) 產(chan) 生氫氣，氯堿副產(chan) 氫、輕烴裂解副產(chan) 氫等。這些氫氣可能就會(hui) 混在城市煤氣中燒掉，可惜嗎？氫氣是很好的燃料，熱值高達1.4*108J/kg，而天然氣是8.5*107J/kg，而且燒氫最環保，隻產(chan) 生水，零碳排放。

我們(men) 冬運會(hui) 的火炬就是用零排放的氫氣作為(wei) 燃料的。

那麽(me) 我們(men) 多少熱是從(cong) 氫來的呢？

就要從(cong) 星空講起~

遙望夜空，群星閃爍，那是它們(men) 在把氫嬗變成氦。我們(men) 的太陽日日夜夜每秒就要消耗掉6億(yi) 噸的氫，把它轉換成5.96億(yi) 噸的氦。氫變氦以後，那麽(me) 每秒少掉400萬(wan) 噸物質去哪裏了呢？按照愛因斯坦的公式E=mc²變成了能量，其中大約1.5kg氫產(chan) 生的熱量降臨(lin) 到我們(men) 地球，賦予我們(men) 光明和能量，萬(wan) 物生長靠太陽，靠氫核聚變。

氫氣是綠色燃料，可是在地球上和地球大氣中隻存在極稀少的遊離狀態氫。在地殼裏，如果按質量計算，氫占總質量的1%，而如果按原子百分數計算，則占17%。氫在自然界中分布很廣，水便是氫的“倉(cang) 庫”——氫在水中的質量分數為(wei) 11%，石油、天然氣、動植物體(ti) 也含氫。在空氣中，氫氣倒不多，約占總體(ti) 積的一千萬(wan) 分之五。在整個(ge) 宇宙中，按原子百分數來說，氫卻是最多的元素。據研究，在太陽的大氣中，按原子百分數計算，氫占81.75%。在宇宙空間中，氫原子的數目比其他所有元素原子的總和約大100倍。

雖然氫氣在自然界裏微乎其微，

但可以向水要氫。

水煤氣法

水煤氣是水蒸氣通過熾熱的焦炭而生成的氣體(ti) ，主要成分是一氧化碳，氫氣。

C+H2O（g）=（高溫）CO+H2↑

如加催化劑，一份煤炭可以產(chan) 生雙份的氫氣，

C+2H2O（g）=（高溫）CO2+2H2↑

用煤製氫很方便，成本也不高，但需要消耗化石能源煤，而且產(chan) 生二氧化碳，這種氫現在有了個(ge) 新名詞——灰氫。

因為(wei) 氫非常環保，燃燒後隻產(chan) 生水，零碳排放，如果製造氫的過程不產(chan) 生二氧化碳，整個(ge) 生態過程就完美了。

我們(men) 也可以把氫**“洗白”**，把產(chan) 生的二氧化碳捕獲，封存和利用後，我們(men) 就稱清潔氫，捕獲的二氧化碳可以充可樂(le) ，合成可降解塑料……

我們(men) 的目標是發展綠色氫，

采用新能源發電製氫。

新能源發電指風力發電，光伏發電和水力發電，過程中不消耗煤和石油，不產(chan) 生二氧化碳。

電解氫隻需要水，電把水拆成氫氣和氧氣，就是說我們(men) 把電能用氫氣的形式儲(chu) 存起來，變成氫能。

2H2O=2H2↑+O2↑

我們(men) 有了氫，那氫有什麽(me) 用呢？

化工原料

目前，氫的四大單一用途分別是：煉油、合成氨、合成甲醇和直接還原鐵礦石生產(chan) 鋼鐵，其它用途就數不清了，中國一年要消耗氫氣2000萬(wan) 噸。

氫氣作為(wei) 一種清潔的新能源載體(ti) 可用於(yu) 燃料電池，將太陽能、風能等可再生能源儲(chu) 存於(yu) 氫氣，用於(yu) 燃料電池電動汽車，飛機和輪船。

燃料電池

燃料電池是電解氫的逆過程，發電過程隻產(chan) 生純水，是非常環保的，而且加氫可以像加油一樣快速方便。

H2+1/2O2==H2O

燃料電池並不是新技術，原理也不是太複雜，已經是中學的課堂教學和實驗內(nei) 容了。燃料電池工作時，陽極的氫氣在催化劑的作用下分解出氫離子和電子，氫離子通過質子交換膜到達陰極，電子則沿著外部電路到達陰極（正極）產(chan) 生電流。而在陰極，空氣中的氧氣與(yu) 氫離子、電子反應生成水。

燃料電池可以做成充電寶，真像個(ge) 電池，也可以在家裏自己電解製氫，給氫罐充氫，電可以來自太陽能，貌似非常方便。

燃料電池充電寶，輸出功率2瓦

家用電解氫機，23W，每小時產(chan) 氫3升

但車用大功率燃料電池係統就沒有這麽(me) 簡單，是複雜的發電係統。需要空氣壓縮機，氫泵，風機，水泵等，係統需要電機驅動器和各類傳(chuan) 感器。

燃料電池發電不受發動機的卡諾循環的限製，理論上，它的發電效率可達到85%～90%，但由於(yu) 係統的輔助係統消耗功率，目前燃料電池的能量轉化效率約為(wei) 40%～60%。若實現熱電聯供，燃料的總利用率可高達85%以上。這種係統已經產(chan) 業(ye) 化在日本家庭使用，截至2019年上半年，日本累計銷售30餘(yu) 萬(wan) 台家用燃料電池係統ENE·FARM。

熱電聯供燃料電池是高效用氣的有效途徑，下圖表示1000立方的天然氣，27GJ用於(yu) 火力發電，效率58.5%。而改用燃料電池，40.6GJ的天然氣，發電15.8GJ，熱量22.8GJ，未利用僅(jin) 2GJ，效率高達95%。

氫進萬(wan) 家是高能效社會(hui) 的發展方向。

氫是綠色能源，也是綠色能源的載體(ti) ，從(cong) 新能源發電、電解製氫到燃料電池發電構成新世界的綠色能源鏈。

我們(men) 期待著，氫燃料電池汽車、飛機、輪船，家庭熱電聯供……氫能文明時代指日可待。

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