氢能发展历程

作者:ag视讯 发布时间:2021-02-27 04:48

  1970年John Bockris或Lawrence W. Jones提出氢经济(Hydrogen economy)概念。由John Bockris 在美国通用汽车公司(General Motors)技术中心演讲时提出。当时发生第一次能源危机时,主要为描绘未来氢气取代石油成为支撑全球经济的主要能源后,整个氢能源生产、配送、贮存及使用的市场运作体系。

  氢经济(Hydrogen economy)是将氢作为一种低碳燃料使用,特别是用于取暖、氢汽车、季节性能源储存和远距离能源运输。氢经济作为一小部分低碳经济正在发展。为了逐步淘汰化石燃料并限制全球变暖,氢开始被用作燃烧燃料,只向大气释放干净的水,而不向大气释放二氧化碳。截至2019年,氢气主要用作工业原料,主要用于生产氨、甲醇和炼油。

  氢气在常规的储层中不是自然存在的。截至2019年,全球每年在工业加工过程中消耗的7000万吨氢几乎全部由天然气蒸汽转化(甲烷转化为氢气和一氧化碳及二氧化碳的化学反应)生产。只有少量的氢是由水电解而成。到2019年,还没有足够的廉价清洁电力(再生能源发电和核能发电),使得氢成为低碳经济的重要组成部分。二氧化碳是天然气蒸汽转化过程的副产品,但碳捕获和储存可以在天然气热解后进行,以捕获这些二氧化碳排放。

  1839年英国物理学家威廉葛洛夫制作了首个燃料电池。而燃料电池的首次应用就在美国国家航空航天局1960年代的太空任务当中,为探测器、人造卫星和太空舱提供电力。从此以后,燃料电池就开始被广泛使用在工业、住屋、交通等方面,作为基本或后备供电装置。

  △ 1520年-首次记录了由帕拉塞尔苏斯(Paracelsus,1494~1541年。瑞士医生、炼金术士、非宗教神学家和德国文艺复兴时期的哲学家)通过将金属(铁、锌和锡)溶解在硫酸中而观察到的氢。

  △ 1650年--德梅耶内(Turquet de Mayerne,瑞士医生,曾经为多位英国和法国国王当过御医)通过稀硫酸对铁的作用获得了一种气体或“易燃空气”。

  △ 1662年-罗伯特波义耳(Robert Boyle,1627年~1691年,爱尔兰自然哲学家)定律,阐述在定量定温下,理想气体的体积与气体的压强成反比。

  △ 1700年--法国化学家尼古拉斯莱默里(Nicolas Lemery,1645~1715年)表明,硫酸/铁反应中产生的气体在空气中具有爆炸性。

  △ 1755年--英国化学家、物理学家约瑟夫布莱克(Joseph Black,1728年~1799年)确认存在不同的气体并有不同的潜热。

  △ 1766 年--亨利卡文迪什(Henry Cavendish,1731~1810年),英国化学家、物理学家) 发表于“关于漂移,人为架子”“的说明脱燃素空气”通过与锌金属反应盐酸并分离比空气轻的气体7〜11倍。

  (水煤气变换反应(Water-Gas Shift Reaction,简称WGSR)主要应用在以煤、石油和天然气为原料的制氢工业和合成氨工业中,另外在合成气制醇、制烃催化过程中,低温水气变换反应通常用于甲醇重整制氢反应中大量CO的去除。一氧化碳和氢气都是会燃烧的气体,工业上把这样的混合气叫“水煤气”。探究水煤气变换反应研究进展,研究其催化剂发展状况具有重要意义)。

  △ 1783年--雅克查尔斯(Jacques Charles,工程师)用波义耳的方法制造氢气。他们耗费了250千克的硫酸和500千克的铁,生成的氢气被巧妙地填充进了一个直径3.7m的浸胶织物气球中。一切准备就绪后,气球于1783年8月26日晚秘密被送至战神广场。乘坐氢气球“ La Charlire”号进行了首次飞行。雅克查尔斯(Jacques Charles)和助手罗伯特兄弟实现了第一次无人的氢气球飞行。

  △ 1809年--托马斯福斯特(Thomas Forster)用经纬仪观察了装有“可燃气体”的小型自由飞行员气球的漂移。

  △ 1820年--塞西尔(W. Cecil)写了一封信“关于利用氢气产生机械动力”。

  △ 1826年--托马斯德拉蒙德(Thomas Drummond)建造了德拉蒙德之光(Drummond Light)。德拉蒙德光,又称为石灰光或钙光(calcium light),是一种舞台灯,使用于剧院和音乐厅。亦用于科学研究光谱分析。产生方法是用氢氧焰灼烧石灰棒,石灰加热到白炽状态时会发出强烈的光线年--塞缪尔布朗(Samuel Brown)测试了他的内燃机,用它来推动车辆飞向射手山(Shooters Hill)。

  △ 1842年--英国律师、物理学家威廉罗伯特格罗夫(William Robert Grove,1811~1896年)开发了第一个燃料电池(他称其为气体伏打电池)。1842年他制造出第一个燃料电池,首次使用气体从化学反应中产生电流,奠定了天然气作为燃料电池的燃料基础,但在此期间由于内燃机产业迅速发展,其研制开发工作受到严重制约。他制造出第一个灯丝灯(1845年);还发表了关于能量守衡的早期概念。

  △ 1874年--法国科幻小说家儒勒凡尔纳(Jules Verne,1828~1905年,19世纪法国小说家、剧作家及诗人)出版科幻小说“神秘岛”,称“有一天将水用作燃料,将使用构成水和氢的氧气”。

  △ 1885年--波兰科学家Zygmunt FlorentyWrblewski.(1846~1888年) 公布了氢的临界温度为33K,临界压力为13.3个大气压和沸点23 K。

  △ 1897年--法国物理学家,化学家保罗萨巴蒂埃(Paul Sabatier,1854~1941年)通过发现萨巴蒂埃反应促进了氢化的应用。萨巴蒂埃二氧化碳还原系统是使二氧化碳加氢反应还原为水和甲烷,反应温度为177~527摄氏度,反应过程为放热反应。化学反应式为:

  △ 1898年--苏格兰物理学家、化学家和发明家詹姆斯杜瓦(James Dewar,1842~1923年),约在1880年,他开始研究液氧并在1885年时,他改进了工艺并能集齐一瓶液氧。1892年,他发现杜瓦瓶这个真空的容器,并将其用于研究低温的现象,然后又开始研究氢气的液化和固化。

  △ 1899年--1898年詹姆斯杜瓦(James Dewar)通过金属热防护系统与再生冷却技术,将伦敦的英国皇家学会的保温瓶内将氢液化。首次收集了固体氢。

  △ 1901年--德国化学家威廉诺曼(Wilhelm Normann)发明了氢化脂肪,并且取得专利。从1911年开始,氢化油被广泛运用于食品领域。油脂氢化的目的有二,一是使油脂更加稳定,便于保存,二是改变天然油脂的功能特性,以满足特殊产品的需要。

  △ 1907年--莱恩制氢机(Lane hydrogen producer)问世。

  △ 1910年--德国化学家弗里茨哈伯(Fritz Haber,1868~1934年)申请了哈伯工艺(Haber process)专利。哈伯工艺是从空气中制造出氨的科学家,使人类从此摆脱了依靠天然氮肥的被动局面,加速了世界农业的发展,因此获得1918年瑞典科学院诺贝尔化学奖。

  △ 1913年--尼尔斯玻尔(Niels Bohr)通过将量化条件强加于氢中电子的经典轨道上,从而解释了氢光谱的Rydberg公式。

  △ 1923年--J. B. S.霍尔丹(J. B. S. Haldane)在Daedalus中构想;或《科学与未来》(Science and Future),称“在有风的天气中,多余的电能将用于将水电解分解为氧气和氢气的大型电站”。提出利用再生能源发电来将水电解分解为氧气和氢气。

  △ 1930年--鲁道夫埃伦(Rudolf Erren)发明Erren发动机,申请 GB专利GB364180,阐述使用氢和氧的混合物作为燃料的内燃机的改进以及与之有关的事情。

  △ 1935年--尤金威格纳(Eugene Wigner)和亨廷顿(H.B.Huntington)预言金属氢的生成。金属氢是液态或固态氢在上百万大气压的高压下变成的导电体。导电性类似于金属,故称金属氢。金属氢是一种高密度、高储能材料,之前的预测中表明,金属氢是一种室温超导体。

  △ 1937年3月--海因克斯HeS 1(Heinkel HeS 1)实验用气态氢燃料在赫斯(Hirth)使用离心式喷气发动机进行了测试,这是第一台工作的喷气发动机。

  △ 1937年--第一台氢冷式涡轮发电机在俄亥俄州代顿(Dayton, Ohio)投入使用。

  △ 1938年--在莱茵-鲁尔(Rhine-Ruhr)第一条240公里的氢气管道(hydrogen pipeline),莱茵-鲁尔地区25个化工厂和石化厂之间总共有875km长的氢气分配系统。氢气是由部分氧化、电解水、催化裂解甲烷或煤气化产生的,用于制造氨、燃料气和甲醇等产品。考虑了防止爆炸的放空技术、泄漏试验、管道保温、自动断线切断阀、氢扩散到管道材料的晶界、配电网的政府监管和管网的中央控制设施。

  △ 1938年--伊戈尔西科斯基(Igor Sikorsky)从西科斯基飞机公司提出液态氢作为燃料的提议。

  △ 1941年--氢首次在内燃机大规模应用:俄罗斯中尉鲍里斯谢尔希在列宁格勒被围困期间,使用数百 “GAZ-AA”辆汽车,其责任采用拦截氢气球来空中防御德机。

  △ 1945年--瑞典阿恩泽特斯特罗姆(Arne Zetterstrm)第一次将 Hydrox(氢氧混合气)用于潜水,然而不幸的是,他在一次向大家展示 Hydrox 特别适合用于大深度潜水时,由于设备误操作离开人世,人们对 Hydrox 的研究就此搁浅了好几年。

  △ 1947年--威利斯兰姆(Willis Lamb)和罗伯特里瑟福德(Robert Retherford)用射频波谱的方法发现氢原子的2S(1/2)和2P(1/2)能级并不是吻合,而是存在着一个能级差,这极大地刺激了量子电动力学的发展。这个就是著名的兰姆移位(Lamb shift)。兰姆本人也因为这次精彩加精密的测量而荣获1955年诺贝尔物理学奖。

  △ 1952年--“迈克”(IVY MIKE)是美国“常春藤行动(Operation Ivy)”核试验中试爆的第一颗技术完全成熟的热核武器,也是第一颗真正的“氢弹”。实际上是氘聚变的核爆炸物。一般被认为这是世界上氢弹试验的首次成功,采用“辐射爆聚”方案的“特勒乌拉姆装置”成为成功爆炸的基础,并固定为热核炸弹的标准特征。

  △ 1957年--作为Lockheed(洛克希德)CL-400 Suntan项目的一部分,普惠公司使用液体氢作为燃料的304型喷气发动机进行了首次测试。

  △ 1959年--英国工程师弗朗西斯托马斯培根(Francis Thomas Bacon,1904~1992年)建造了培根电池,这是第一台实用的5 kW氢空气燃料电池,首次开发有实用价值的氢-氧燃料电池,将空气和燃料通过电化学反应直接转化成电力,用于为焊接机提供动力。

  △ 1964年--艾利斯-查默斯(Allis-Chalmers)建造了750瓦的燃料电池,为一人水下研究船提供动力。

  △ 1966年--研究泥浆氢(Slush hydrogen),形象地说,泥浆氢就是在-259.14℃时氢的“浆糊态”,它介于液态与固态之间,有一定的流动性,但又不算是液体。泥浆氢的优点很明显:它的密度要比液态氢高16~20%,这使得同样体积的燃料槽可以携带更多的燃料,它不是液体,不会晃荡;它不是固体,可以更快地输送到发动机里燃烧。泥浆氢简直就是氢氧火箭的绝配。阿丽亚娜火箭芯级采用了氢氧发动机。

  △ 1967年--氢化物(Hydride compressor)压缩机。氢能源时代的即将到来,氢燃料电池车的逐渐推广使用,能提供高纯高压氢且环保节能的金属氢化物热压缩机成为是近年压缩机界世界范围研究的热点。

  △ 1970年--镍氢电池(Nickel hydrogen battery)。镍氢电池是一种性能良好的蓄电池。镍氢电池分为高压镍氢电池和低压镍氢电池。镍氢电池正极活性物质为Ni(OH)2(称NiO电极),负极活性物质为金属氢化物,也称储氢合金(电极称储氢电极),电解液为6mol/L氢氧化钾溶液。镍氢电池作为氢能源应用的一个重要方向越来越被人们注意。

  △ 1970年--John Bockris或Lawrence W. Jones提出氢经济(Hydrogen economy)概念。由John Bockris 在美国通用汽车公司(General Motors)技术中心于1970年演讲所创。当时发生第一次能源危机时,主要为描绘未来氢气取代石油成为支撑全球经济的主要能源后,整个氢能源生产、配送、贮存及使用的市场运作体系。

  △1997年--阿纳斯塔索斯梅利斯(Anastasios Melis)发现,缺硫将导致藻类从产生氧气转换为产生氢气的方式。

  △ 1998年--212型潜艇(Type 212 submarine)是由德国设计建造,是德国优良造舰工艺以及最尖端科技的结晶,也是全世界第一种采用燃料电池的AIP潜艇。

  △ 2002年--第一个氢燃料电池供电的机车出现在VAL-尔省,魁北克省。

  △ 2004年--DeepC是一款由氢燃料电池驱动的电动机驱动无人水下航行器问世。

  △ 2013年--第一台2MW商业化天然气发电装置在法尔肯哈根(Falkenhagen)上线立方米氢气存储到天然气网格中。

  △ 2017年--成立氢气理事会(Hydrogen Council),以加快氢气和燃料电池技术的开发和商业化。

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