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电解水制氢与新能源耦合-电解水制氢与新能源耦合的区别

氢能源 1周前 (06-20) 2

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然而，燃料电池的前景并非毫无挑战。首先，尽管氢气能量密度高且加氢速度快，但氢的来源和储存安全问题凸显。制氢方式有化石能源、电解水和工业副产，其中化石能源制氢既不环保又成本高。电解水制氢则需要大量电能，且储氢面临高压储罐的爆炸风险和体积庞大的储存难题，成本也较高。

工业副产品制氢，比如焦炉气中富氢，提纯后可以使用。但既然是副产品，未必可以大规模供应，况且提纯本身也是需要成本的。电解水制氢，在高中化学课上接触过，对于电能的消耗是巨大的。化石燃料制氢，也就是将煤炭、石油、天然气通过某种手段转化为氢气，但这些本来就是宝贵的不可再生资源。

（图片来源网络，侵删）

中国工程院士衣宝廉建议，发展沿海地区海上风电，电解水制氢，用输氢管线将所制氢气运输到加氢站供燃料电池汽车加氢用，同时建氢液化工厂，将液化氢作为能源商品应用，氢供应能力的发展会促进燃料电池，特别是燃料电池车的快速增长。

由于氢燃料不能直接从自然界获取，需要人工制造。常用的制氢方法有化石燃料催化制氢、工业副产物制氢、生物制氢及太阳能制氢等，但效果都不理想，设备复杂，投资大。当然，氢气能通过电解水获得，但能耗高。工业制氢尚无最佳方案，仍然有待研发。

不过，煤制氢过程会排放大量的二氧化碳，需要碳捕集、封存和利用技术设备加以控制。而电解水制氢过程不存在碳排放，工艺简单，但成本较高。从环保角度来说，电解水制氢更适用于长期发展。

（图片来源网络，侵删）

电流通过水（H2O）时，在阴极通过还原水形成氢气，在阳极则通过氧化水形成氧气（O2）。氢气生成量大约是氧气的两倍。电解水是取代蒸汽重整制氢的下一代制备氢燃料方法。电解过后的水本身是中性，可以加入其他离子，或者可经过半透膜分离而生成两种性质的水。其中一种是碱性离子水，另一种是酸性离子水。

制作原理，实际操作。制作原理：氢氧燃料电池是通过氢气和氧气反应产生电能，而电解水制氢则是通过电能分解水产生氢气和氧气。这两个过程实际上是可逆的，氢氧燃料电池可以转变为电解水制氢。实际操作：电解水制氢需要消耗大量的电能，而且制氢效率低，因此成本高。

电解水正极与阳极相连，得到氢气；负极与阴极相连，得到氧气。水（H2O）被直流电电解生成氢气和氧气的过程被称为电解水。电流通过水（H2O）时，在阴极通过还原水形成氢气（H2），在阳极则通过氧化水形成氧气（O2）。氢气生成量大约是氧气的两倍。电解水是取代蒸汽重整制氢的下一代制备氢燃料方法。

尿素辅助电解水制氢主要是通过在水中加入一些尿素，以提高水的电导率，从而降低电解所需的电压和电流，进而降低电解水的能耗。尿素分子主要由碳、氢、氧和氮组成，其中含有丰富的氮元素。

水在直流电的作用下分解：2H2O ==通电== 2H2↑+ O2 ↑ 水（H2O）被直流电电解生成氢气和氧气的过程被称为电解水。电流通过水（H2O）时，在阴极通过还原水形成氢气（H2），在阳极则通过氧化水形成氧气（O2）。氢气生成量大约是氧气的两倍。电解水是取代蒸汽重整制氢的下一代制备氢燃料方法。

1、制取一公斤氢气所需的电量取决于电解水的效率和电解反应的标准电极电势。理论上，每个摩尔的氢气需要6个摩尔的电子，相当于约96，500库仑的电量。氢气的摩尔质量为2克/摩尔，所以制取1公斤（1000克）氢气所需的电量大约为48，250，000库仑（Coulombs）。

2、电解水制氢过程中，生成1公斤氢气大约需要56度电。通过电解水，生产1标准立方米的氢气大约消耗5度电。 1公斤氢气的能量相当于大约33千瓦时（KW h）的电能。氢燃料电池电堆的发电效率通常在40%至60%之间，一般假设效率为50%，因此1公斤氢气可发电大约16度电。

3、电解水制氢的过程是通过通电将水分子分解成氢气和氧气。这一过程遵循能量守恒定律，即消耗的电能等于产生的氢气能量与水分解热能之和。理论上，电解水制氢一公斤需要的电能为0.48千瓦时（kWh）。然而，实际能耗会高于理论值，因为需要考虑设备效率、电流效率等额外损失。

4、制一公斤氢气需要的电量取决于制氢的具体方法。目前，工业上制取氢气的方法主要有电解水制氢、天然气制氢、化工原料制氢等几种方式，它们的能耗各不相同。以电解水制氢为例，这是能效较低但相对环保的方法，其电耗大约在50-55千瓦时/公斤氢气。这意味着制取一公斤氢气大约需要50-55度电。

5、电解水制氢一公斤需要56度电。电解水制氢1公斤耗电约56度左右。所以水解制氢成本取决于电价。1公斤氢气的热值约当于33KWh（度）电，氢燃料电池电堆发电效率一般在40%～60%区间工作。

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