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志公
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[轉貼資訊] 氫氣引擎



氫被視為環保救星
氫為地球上最單純、最普遍的化學元素,由於其燃燒後產物為水,早就被喻為環保救星。但目前仍有不易取用的問題,目前氫氣主要來源為電解水,但用電換氫,費用太高,而且液態氫溫度太低,處理上非常不方便,且配送不易,不符合經濟效益。最重要的,1937年興登堡號氫氣飛船爆炸事件,也使人們對氫氣感到畏懼。


氫燃料售價較高危險性較低
氫燃料的價格為汽油的三倍,氫燃料引擎為汽油引擎的兩倍,雖然在技術改進及大量生產後,價格會下降,但永遠不可能像目前汽油燃料般的方便和便宜。但其最大的利基為廢氣的污染非常少,不會產生溫室效應問題的二氧化碳,與空氣燃燒產生的一氧化氮只有汽油引擎的30%以下,對環保問題越來越嚴重的地球而言,氫是環保問題唯一的永久解決之道。氫燃料引擎的安全性非常之高,整個燃料箱可以在攝氏900度的高溫一個小時,燃料箱破洞、氣體外漏皆不會產生爆炸。目前最大的問題是建立一個遍及全國的液態氫氣供應網,所以全世界各大工業國,目前正積極推展瓦斯車,作為將來推廣氫燃料車的過渡階段,貯存運送天然瓦斯的設備和氫燃料一樣,可以立即換用。


BMW汽車公司
BMW公司於去年六月推出四部氫燃料車,其最大馬力為150馬力、時速為210公里,比起汽油的210馬力、240時速亦不遜色太多。燃料桶內加滿氫燃料後可以跑400公里,約只有汽油車的一半。


賓士汽車公司
賓士公司是以氫燃料電池為主要動力,氫燃料電池運作的原理是和電解水相反的方法,在陽極通氫氣,在陰極通氧氣,利用白金催化氫氣分解為質子與電子,質子再與氧氣生成水,反應過程中產生之電子流動即可提供汽車使用。這種氫燃料電池唯一生成物為水,一點都沒有污染問題,目前許多世界著名車廠皆大力研發此一燃料電池中。但目前其動力只有45馬力,最高時速110公里,行程250公里,無法長途使用。


氫氣來源
目前氫氣來源為消耗大量石化燃料發電,電解水來得到氫氣,顯然不合乎經濟效益。在德國、加拿大和美國等地正研究利用廉價的太陽能或水力發電來取得氫氣。觸媒化學家亦嘗試使用觸媒,由石化原料進行催化反應取得氫氣。

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財富:20 (by 為) | 理由: 非常詳盡的說明



獻花 x0 回到頂端 [樓 主] From:台灣中華電信 | Posted:2005-01-22 22:16 |
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生產方法


若以原料的來源來區別,氫氣的生產方法可以分為兩大類,一類是由化石原料製氫,主要商業化的製程有:
蒸氣重組法(steam reforming)
部分氧化法(partial oxidation)
水煤氣法(coal gasification)等。

另一類則為非化石原料製氫法,主要製程有:
水電解法(water splitting by electrolysis)
水光電解法(photoelectrochemical water splitting)
實驗室中少量製氫法等。


獻花 x0 回到頂端 [1 樓] From:台灣中華電信 | Posted:2005-01-22 22:23 |
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運輸技術


氫氣的運輸技術,可以分為境內氫氣運輸和境外氫氣運輸兩方面來討論。境內氫氣的運輸技術以氫氣管線運輸為主,卡車運輸或火車運輸為輔;境外的氫氣運輸技術則以船舶運輸為主。

氫氣的境內管線運輸,主要是以工廠與工廠之間的氫氣傳輸,或氫氣儲槽與末端只用者間的氫氣傳輸;如下圖所示若考慮一氫氣管線,其管徑為D,長度L,管端壓力p1,管末壓力p2,質量流量為 ;則有下列關係式。

其中 為摩擦係數,R為氣體常數,z是氫氣的壓縮因子,可以知道氫氣運輸管線的長度與其管徑的5次方成正比;也就是說,若要以相同的壓力將相同質量流量的氫氣運輸至32倍管線長度遠的地方, 只要將其管徑倍增即可。除了使用管線運輸之外,可以將氫氣冷凍成液態氫的型式,再以卡車或火車運輸。或是以儲氫合金的方式運輸至氫氣交換中心,再以交換的方式安全的讓最終使用者如燃料電池電動汽車、機車等使用。

境外的氫氣運輸以船舶為主要運輸工具,如圖所示的氣體槽運輸輪,可以用來運輸氫氣與LPG等氣體,不過此種氣體槽運輸輪造價昂貴,運送成本高,若於碼頭附近有甲醇工廠與氫氣工廠,可以考慮先將氫氣製程甲醇,再以普通運送液態化學品的船隻運送至目的地,於當地的製氫工廠再將甲醇製成氫氣使用。


獻花 x0 回到頂端 [2 樓] From:台灣中華電信 | Posted:2005-01-22 22:24 |
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儲存系統


氫的儲存系統,根據用途的不同可分為以下四種。

一、 固定式大型儲存系統
此種儲存系統適用於氫氣生產工廠的管線末端,用於儲存大量氫氣,通常使用高壓及低溫法儲存,因此儲存系統包含壓縮機以及冷卻系統等設備。

二、 固定式小型儲存系統
此種儲存系統適用於需要氫氣為進料的工廠,它的規模視工廠的需求而定。

三、 可移動式儲存系統
包含大型的可移動式儲氫槽與小型的儲氫卡車。

四、 燃料用儲存系統
此種儲氫方式是要供給氫氣作為公車或汽車或機車等交通工具作為燃料用,常用的方式有儲氫高壓鋼瓶,或低壓的儲氫合金鋼瓶等。

儲氫的方式有很多種,若依照儲存狀態來區分,可以分為氣態高壓儲氫法,液態儲氫法,儲氫合金吸放氫法及微碳管吸放氫法等。其中高壓儲氫法與液態儲氫法是傳統的儲氫方式,這兩種方法適用於需要使用或生產氫氣的工廠中,若要作為交通運輸工具的燃料用,則以儲氫合金吸放氫的方式較為合適,由於氫在儲氫合金當中,相當於固態氫,因此所需壓力不大,使用時,氫由儲氫合金中釋出,汽化成氫氣並吸收大量熱能,因而儲氫合金於放氫的同時溫度會下降,反之,於充氫時溫度會上升。至於微碳管吸放氫的方式是目前正處於研發啟蒙階段的方式,其原理是運用人工合成的微碳管,即10-9m大小的碳纖維管來吸氫,因為氫分子於微碳管中很小的空間內即相當於在外界受到很大的壓力之情形,因此很容易儲存於微碳管之中;目前微碳管已被人工合成出來,將來要如何量產微碳管、並製程穩定度高與可多次充放氫的產品,是研發的課題。


獻花 x0 回到頂端 [3 樓] From:台灣中華電信 | Posted:2005-01-22 22:25 |
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安全特性


氫氣勢一中無色、無味、無臭、無毒的可燃性氣體,相較於被普遍使用的液化石油氣(LPG)來說,氫氣是更安全的氣體,從物質安全資料表(MSDS)中可以知道就八小時時量與短時間食量平均容許濃度而言,液化石油氣是1000ppm,而氫氣是不會中毒的,除非氫氣濃度高到讓人因為缺氧的而窒息;再從新竹市消防局的統計資料觀之,LPG的危險性比想像中的還高,人們常常因為習慣,而忽略了危險性的存在,也常常因為陌生,而高估了危險性。

所謂瓦斯中毒,是因未燃燒瓦斯中之CO,或因瓦斯器具不完全燃燒而產生之CO,飄散在空氣中,人體吸入而引起的中毒現象。CO系無色、無味、無臭、有毒之氣體,因此,擴散於空氣中時很難察覺,到了體內血液中,與搬運氧氣之血紅素 (Hemoglobin)結合,其結合力約為氧氣的250倍,所以,即使吸入少量的CO,也會立即與血紅素結合,而損傷血液之氧氣搬運能力,人體缺乏氧氣而引起的症狀為CO中毒。

瓦斯中毒,雖可能由於瓦斯流出橡皮管時,引起中毒,但實際上因瓦斯器具不完全燃燒,而產生CO中毒事故較多。於換氣狀態不良的場所,使用瓦斯器具時,空氣中氧氣濃度(通常為21%)會降低。而當空氣中之氧氣濃度降低到某一數值時,瓦斯器具因氧氣濃度不足引起不完全燃燒,而產生CO。

氫氣是一種基本的化學原料,數十年來氫氣被大量的安全的應用在化工製程中,其相關的製造、儲存、運輸及運用準則都已經建構完備,只要有正確的操作程序及遵守使用規範,將可安全的使用氫氣。號稱世界上最大的氫氣工業使用網位於德國(1940),其中所使用氫氣管線總長度為220公里,共有18個工業區相互連結使用及回收氫氣。這些經過長時間使用的氫氣管線相較於其他氣體管線沒有腐蝕及沉澱阻塞的問題,其洩漏率也低於1%。但因為氫氣分子很小,容易擴散到鋼材內部,造成鋼材的氫脆化,因此在選擇管線材料時要避免氫脆化的產生。

液態氫也被大量且安全的使用於太空工業,作為太空梭及火箭推進器之燃料。此外液態氫也被用於電廠中來冷卻大型發電機,即使對於大量增加的工業應用,氫氣使用的安全性也是無慮的。

隨著環保的潮流,氫氣這種清潔無污染的能源,將可能成為二十一世紀能源供應系統的一部份,因此,更深入的考量是如何將使用氫氣的風險數量化以及進行一些必要的安全性量測。

首先,對於一些既有的安全參數與特性,我們可以將其整理出來並且和其他氣體比較,尤其是目前被廣泛使用的天然氣與液化石油氣(即桶裝瓦斯)。

關於氫氣製造、儲存、運輸及運用的基本安全考量不外乎是它的閃火點,燃燒及爆炸潛力以及相關的爆炸壓力與爆炸能力。意外是因為在爆炸上下限濃度範圍內超過閃火點之火苗所引起,常發生於管線或儲槽容器因脆化,撞擊,壓力過高,缺乏適當的保養等所造成的氣體外洩。

氫氣的密度最低,這是氫氣比其他兩種氣體安全的主要原因,因為氫氣密度很低,一但氫氣外洩,很快的氫氣將會往上擴散被大量的空氣稀釋,因此不會累積濃度,若是液化石油氣外洩,因為其比重比空氣重,將會很快的在地面累積濃度,造成中毒或爆炸的危害;除了濃度累積效應之外,氫氣爆炸與液化石油氣爆炸所產生的殺傷力也有很大差別,由於氫氣與氧氣燃燒產生水蒸氣 ,兩倍體積氫氣與一倍體積的氧氣產生兩倍體積的水蒸氣,因此氫氣爆炸了火焰是往內收縮並往上,殺傷力不大,若是液化石油氣爆炸,其火焰不但是往外擴張而且是向下延燒,相信大家一定在電影情節裡邊看到過,其殺傷力非常大,除了爆炸以外,其延燒的範圍也很廣;相反的,氫氣爆炸產生比熱很高的水,可以很快帶走熱量,避免延燒。因此作為燃料,氫氣的安全性比液化瓦斯高很多。


獻花 x0 回到頂端 [4 樓] From:台灣中華電信 | Posted:2005-01-22 22:30 |
志公
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回顧與展望


歷史上記載氫氣的發現始於十六世紀,瑞士煉金術士帕拉切爾蘇斯(Paracelsus)以酸和某些金屬反應製備出氫氣。之後經過兩世紀於1766年,英國化學家加文狄希(Henry Cavendish)將氫與其他可燃性氣體明確地區分開來,他測定出了氫的密度以及一定量的酸和金屬反應所得到的氫的數量。1776年第一次觀察到氫燃燒生成水。至於氫(hydrogen)這個名稱是1781年由法國化學家拉瓦節所提出的,意思是可以產生水的氣體。用氫氣充填汽球始於1783年,雖然使用氦氣充填載客飛艇具有不可燃的優點,但氫氣至少沿用到第二次世界大戰前。

目前,氫氣是一種重要的化學品,以美國為例,氫氣的年產量超過八百萬噸,主要用來製造氨氣、甲醇、與石化工業中的加氫脫硫與裂解反應。氫氣再太空計劃中亦扮演了重要的角色,根據美國太空總署(NASA)的統計資料顯示,每年有九千噸的氫氣被當作太空梭、火箭的燃料以及太空梭內燃料電池發電系統的反應物,此外,燃料電池所產生的水還可供太空人飲用或盥洗。1970年代由於能源危機導致氫能與再生能源備受重視。1980年代因為氟利昂CFC造成的臭氧層破壞以及二氧化碳過度排放造成的全球溫暖化,使得氣候變遷、冰山融化、海平面上升,因而於蒙特樓議定書管制CFC之使用,於133國認可之聯合國氣候變化綱要公約(UNFCCC)明示二氧化碳減量目標在2000年回復1990年標準,2000年以後考慮徵收碳稅(100美元/公噸),已強迫減量,因此氫能這種無污染的再生能源將可能成為二十一世紀的新興能源。

過去與目前的氫氣大多從石化燃料製造而得,由下示意圖可以看出氫能零污染的循環,未來的氫氣將由太陽能分解水而來,同時產生我們無時無刻都需要呼吸的氧氣,經由氫氣儲存及運輸系統將氫氣傳送到所需的地方,再利用燃料電池產生可以運用的電力和純淨的水,如此循環不已的迴路就是「氫能循環」。在此循環當中,氫氣扮演能量儲存及傳送的重要媒介。在氫能循環取代現有的石化原料之「碳循環」以前,我們將循序漸進的步入氫能時代,於不久的將來,將會有很多零污染的燃料電池電動車行駛於街上,取代現有的引擎車,解決都市的空氣污染問題;接著,已氫氣為燃料的燃料電池發電廠及發電機將會逐漸取代現有的發電與輸配電系統,大樓或用戶可以運用燃料電池發電機自行發電,電線竿與電纜線將會成為過去事;同時氫氣的生產方式將會有重大的突破,運用生物科技大量製氫,光電解水製氫與水電解製氫的效率將會提高,取代傳統以石化原料製氫的方式,從此氫能循環將可由碳循環中獨立出來,氫能的時代裡將有很多有關氫氣的經濟活動,氫能的公共設施,氫氣的市場,氫氣的利用技術等。氫能時代的實現,需要靠市場競爭的趨勢和人類對環境保護的重視以及高科技的研發團隊來完成。期望人類的將來將是一個環保與經濟相輔相成的世代也就是所謂的氫能時代。


獻花 x0 回到頂端 [5 樓] From:台灣中華電信 | Posted:2005-01-22 22:31 |
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聽說石油再過50年就會用完
所以開發新電源是趨勢
只是新的東西一定貴= =
推推


獻花 x0 回到頂端 [6 樓] From:台灣中華電信 | Posted:2005-01-22 22:51 |
bwhe 手機
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說到氫引擎
馬自達的rx-8在開發用氫氣當然料的轉子引擎
如果氫氣真的流行後
那轉子引情又能復活了^^


獻花 x1 回到頂端 [7 樓] From:台灣中華電信 | Posted:2005-01-22 23:50 |
bwhe 手機
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不過氫氣未必安全
一但氫然料的車子發生車禍
那可能比用汽油車子容意暴炸


獻花 x0 回到頂端 [8 樓] From:台灣中華電信 | Posted:2005-01-22 23:54 |
leoflc
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恩 不過不知道什麼時候才會真的大眾化
大家還是省點油吧


獻花 x0 回到頂端 [9 樓] From:美國 | Posted:2005-01-23 03:44 |

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