偶看新闻满建民雕漆工作室 望京:锌粉末让氢经济不再遥远——太阳能制氢新工艺问世
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/07/03 08:14:25
锌粉末让氢经济不再遥远——太阳能制氢新工艺问世
近年来，能源短缺危机使人类对化石燃料的替代品的需要更加迫切。人们普遍认为氢能够成为未来替代石油作为汽车主要燃料的候选能源。氢燃烧时不污染空气，同时在地球上以水的形式广泛存在，氢比现存的各类燃料的能效比都高。尽管氢燃料存在种种优点，但由于氢的生产和运输成本居高不下，现在它还不能取代石油等化石燃料在世界能源结构中的支配地位。现在普遍采用的制氢方法是电解水。水电解工艺并不复杂，但是耗电量太大。大规模采用电解水工艺制氢太过昂贵。而加热的方法需要2500°C以上的温度才能分解水分子，也是不实用的。
以色列、瑞典、瑞士以及法国的科学家最近联合开发出一种利用太阳能制氢的新工艺。该方法首先是将纯锌制成粉末，然后利用水和锌粉末制氢。这种方法干净、安全、便宜。专家认为，这种基于纯锌制氢的新工艺一旦商业化，将可以使世界更快、更容易地步入氢经济时代，减轻人类对日益耗尽的石油的依赖，并且减小因燃烧化石燃料带来的污染。
人们早已发现可以使用纯锌从水里析取出氧而制成氢，该工艺可以在350°C温度下进行。由于锌是世界上排在铁、铝、铜以后产量居第四的金属，而且其储量也较为丰富，因此科学家自然而然选择锌作为制氢的原料。存在的问题是只有电解或者熔炼两种方法能够实现规模生产纯锌，两种方法能耗都较高，而且伴有燃烧化石燃料产生的污染。
欧盟和瑞士联邦科学与教育办公室在2004年决定资助一个联合研究项目，目的是研究证明太阳能可以作为氧化锌提取纯锌工艺的主要能量来源。该项目使用了位于瑞士魏纪兰的45千瓦太阳能熔炉和位于苏黎世的太阳模拟器。以色列魏兹曼研究所太阳能研究设施也在其中，该设施拥有一兆瓦输出能力，世界第一。需要如此大的功率的原因是从氧化锌里提取纯锌需要非常高的温度，正常情况下1750°C左右。魏兹曼的研究小组采用以煤的形式添加少量的碳元素的方法，使锌的生产温度降至更容易实现的1200°C。研究小组预计未来可以完全用生物质来替代煤，使整个生产工艺无污染产生。
魏兹曼研究小组取得的实际成就是利用研究所现有的太阳能反应器（Solzinc）实现了锌的规模生产，在试验中产量达到每小时50公斤。研究人员认为，使用相同的工艺，在工业化规模的设施中能够实现更大的产量。所开发的能量循环工艺生产效率非常高而且基本上能够做到自行维持循环。
开采后的氧化锌运输到Solzinc设施。在Solzinc将其与少量的煤混合，然后将混合物放入位于高塔的太阳能熔炉内。一组由计算机控制的日光反射装置紧跟太阳的踪迹，将太阳光反射到太阳塔内部的一面双曲面镜子上，在太阳能熔炉内产生集中的高热量。当温度达到1200°C时，氧化锌分解成锌和氧，氧与碳结合生成一氧化碳，锌被分解出来。锌冷却后加工成能够安全运输和处理的精细粉末。用锌粉末生产氢的工艺过程相对简单一些。将锌在350°C的温度下与水混合。水中的氧与锌结合产生氧化锌，剩余的就是我们要的纯氢。
新工艺与现有的制氢方法相比有许多优点。首先该工艺使用了可再生能源——太阳能。其次该工艺所需要的主要材料锌的价格相对较低，而且最后生成的氧化锌还可以重复使用。另一个优点是此工艺使氢可以在任何所需的地方就地生产。例如，可以在加氢燃料站生产，而不用四处运输这种易爆物。货车可以将安全的锌粉末运送至加氢燃料站，在燃料站进行相对简单的蒸汽制氢工艺。除上述优点外，整个工艺过程还相对洁净。在实现以生物质替代煤作为氧化锌混合物的添加剂后，整个工艺就会实现完全无污染。
新的制氢工艺如此简单而效率又高，那为什么现在人们不能在当地的加氢燃料站买到利用锌生产的氢燃料呢？主要原因是基础设施建设的匮乏。现在氢燃料站的数量还非常少，这些基础建设需要各国政府和工业界投入大量资金，5—10年内情况也许能有所改变。魏兹曼研究所太阳能研究负责人爱泼斯丁表示，现在需要工业界来推动锌制氢项目进入全面商业化。他估计若有工业界的鼎力支持，8—10年内将会实现锌制氢工艺的工业规模化生产。