1. 選題的目的和意義

選題的目的

      氫能是在常規(guī)能源出現(xiàn)危機(jī)時(shí)人們所期待的新的二次能源。它廣泛用于石油、化工、建材、冶金、電子、醫(yī)藥、電力、輕工、氣象、交通等工業(yè)部門和服務(wù)部門。近年來隨著中國改革開放的進(jìn)程，隨著大量高精產(chǎn)品的投產(chǎn)，對(duì)高純氫氣的需求量正在逐漸加大。甲醇制氫具有純度高，投資省，能耗低等特點(diǎn)，對(duì)一個(gè)國家國計(jì)民生的重大戰(zhàn)略有深遠(yuǎn)意義，受到許多國家的重視。

選題的意義

      甲醇制氫主要適用于中小型規(guī)模用氫，生產(chǎn)技術(shù)成熟，運(yùn)行安全可靠，原料來源容易，運(yùn)輸貯存方便。該技術(shù)流程簡(jiǎn)潔、占地小，投資省、產(chǎn)品成本低，特別是隨著我國生產(chǎn)甲醇裝置的大規(guī)模建設(shè)，可以預(yù)見，甲醇制取氫氣的生產(chǎn)成本也會(huì)大幅度降低，產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力將得到不斷的提高。甲醇制氫具有價(jià)格穩(wěn)定、流程簡(jiǎn)潔、裝置自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)單、占地小，投資省，回收期短、能耗低，無環(huán)境污染等特點(diǎn)。
　　

2.現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2．1  各種制氫方法簡(jiǎn)述

        氫能是一種二次能源，在人類生存的地球上，雖然氫是最豐富的元素，但自然氫的存在極少。因此必需將含氫物質(zhì)力UI后方能得到氫氣。最豐富的含氫物質(zhì)是水（HO），其次就是各種礦物燃料（煤、石油、天然氣）及各種生物質(zhì)等。因此要開發(fā)利用這種理想的清潔能源，必需首先開發(fā)氫源，即研究開發(fā)各種制氫的方法。從長遠(yuǎn)看以水為原料制取氫氣是最有前途的方法，原料取之不盡，而且氫燃燒放出能量后又生成產(chǎn)物水，不造成環(huán)境污染。各種礦物燃料制氫是目前制氫的最主要方法，但其儲(chǔ)量有限，且制氫過程會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。其它各類含氫物質(zhì)轉(zhuǎn)化制氫的方法目前尚處次要地位，有的正在研究開發(fā)，但隨著氫能應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，對(duì)氫源要求不斷增加，也不失為一種提供氫源的方法。

2.1.1電解水制氫 

      水電解制氫是目前應(yīng)用較廣且比較成熟的方法之一。水為原料制氫過程是氫與氧燃燒生成水的逆過程，因此只要提供一定形式一定的能量，則可使水分解。提供電能使水分解制得氫氣的效率一般在75～85％，其工藝過程簡(jiǎn)單，無污染，但消耗電量大，因此其應(yīng)用受到一定的限制。目前水電解的工藝、設(shè)備均在不斷的改進(jìn)：對(duì)電解反應(yīng)器電極材料的改進(jìn)，以往電解質(zhì)一般采用強(qiáng)堿性電解液，近年開發(fā)采用固體高分子離子交換膜為電解質(zhì)，且此種隔膜又起到電解池陰陽極的隔膜作用；在電解工藝上采用高溫高壓參數(shù)以利反應(yīng)進(jìn)行等。但水電解制氫能耗仍高，一般每立方米氫氣電耗為4.5～5.5kWh左右。電能可由各種一次能源提供，其中包括礦物燃料、核能、太陽能、水能、風(fēng)能及海洋能等等，核能、水能和海洋能其資源豐富，能長期利用。我國水力資源豐富，利用水力發(fā)電，電解水制氫有其發(fā)展前景。太陽能取之不盡，其中利用光電制氫的方法即稱為太陽能氫能系統(tǒng)，國外已進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性研究。隨著太陽電池轉(zhuǎn)換能量效率的提高、成本的降低及使用壽命的延長，其用于制氫的前景不可估量。同時(shí)，太陽能、風(fēng)能及海洋能等也可通過電解制得氫氣并用氫作為中間載能體來調(diào)節(jié)、貯存轉(zhuǎn)化能量，使得對(duì)用戶的能量供應(yīng)更為靈活方便。供電系統(tǒng)在低谷時(shí)富余電能也可用于電解水制氫，達(dá)到儲(chǔ)能的目的。我國各種規(guī)模的水電解制氫裝置數(shù)以百計(jì)，但均為小型電解制氫設(shè)備，其目的均為制得氫氣作原料而非作為能源。對(duì)電解反應(yīng)中電極過程、電極材料等方面課題南開大學(xué)、首都師范大學(xué)等單位均曾開展研究，隨著氫能應(yīng)用的逐步擴(kuò)大，水電解制氫方法必將得到發(fā)展。

      以水為原料的熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫方法，避免了水直接熱分解所需的高溫（4000K以上），且可降低電耗，受人們的重視小該方法是在水反應(yīng)系統(tǒng)中加入一中間物，經(jīng)歷不同的反應(yīng)階段，最終將水分解為氫和氧，中間物不消耗，各階段反應(yīng)溫度均較低。如美國通用原子能公司（GA公司）提出的硫一碘熱化學(xué)制氫循環(huán)：

　　近年已先后研究開發(fā)了20多種熱化學(xué)循環(huán)法，有的已進(jìn)入中試階段，我國在該領(lǐng)域基本屬空白，應(yīng)積極趕上。

光化學(xué)制氫是以水為原料，光催化分解制取氫氣的方法。光催化過捏是指含有催化劑的反應(yīng)體系，在光照下由于有催化劑存在，促使水解制得氫氣。在70年代開始國外有研究報(bào)道，我國中科院感光所等單位也開展了研究。該方法具有開發(fā)前景，但目前尚處于基礎(chǔ)研究階段。
   

2.1.2礦物燃料制氫 

　　以煤、石油及天然氣為原料制取氫氣是當(dāng)今制取氫氣最主要的方法。制得氫氣主要作為化工原料，如生產(chǎn)合成氨、合成甲醇等。有時(shí)某些含氫氣體產(chǎn)物亦作為氣體燃料供城市煤氣。用礦物燃料制氫的方法包括含氫氣體的制造、氣體中CO組份變換反應(yīng)及氫氣提純等步驟。該方法在我國都具有成熟的工藝，井建有工業(yè)生產(chǎn)裝置。

　　（1）以煤為原料制取氫氣 

　　以煤為原料制取含氫氣體的方法主要有兩種：一是煤的焦化（或稱高溫干餾），二是煤的氣化。焦化是指煤在隔絕空氣條件下，在900-1000°C制取焦碳，副產(chǎn)品為焦?fàn)t煤氣。焦?fàn)t煤氣組成中含氫氣55-60％（體積）、甲烷23-27％、一氧化碳6-8％等。每噸煤可得煤氣300一350m，可作為城市煤氣，亦是制取氫氣的原料。煤的氣化是指煤在高溫常壓或加壓下，與氣化劑反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氣體產(chǎn)物。氣化劑為水蒸汽或氧氣（空氣）.氣體產(chǎn)物中含有氫氣等組份，其含量隨不同氣化方法而異。氣化的目的是制取化工原料或城市煤氣。大型工業(yè)煤氣化爐如魯奇爐是一種固定床式氣化爐，所制得煤氣組成為氫37-39％（體積）、一氧化碳17-18％、二氧化碳32％、甲烷8-10％。我國擁有大型魯奇爐，每臺(tái)爐產(chǎn)氣量可達(dá)100000m/h，另一種新型爐型為氣流床煤氣化爐，稱德士古煤氣化爐，用水煤漿為原料，我國在60年代就開始研究開發(fā)，目前已建有工業(yè)生產(chǎn)裝置生產(chǎn)合成氨、合成甲醇原料氣，其煤氣組成為氫氣35-36％（體積）、一氧化碳44-51％、二氧化碳13-18％、甲烷0.1％。甲烷含量低為其特點(diǎn)。我國有大批中小型合成氨廠，均以煤為原料，氣化后制得含氫煤氣作為合成氨的原料。這是一種具有我國特點(diǎn)的取得氫源方法。采用OGI固定床式氣化爐，可間歇操作生產(chǎn)制得水煤氣。該裝置投資小，操作容易，其氣體產(chǎn)物組成主要是氫及一氧化碳，其中氫氣可達(dá)60％以上，經(jīng)轉(zhuǎn)化后可制得純氫。采用煤氣化制氫方法，其設(shè)備費(fèi)占投資主要部分。煤地下氣化方法近數(shù)十年已為人們所重視。地下氣化技術(shù)具有煤資源利用率高及減少或避免地表環(huán)境破壞等優(yōu)點(diǎn)。中國礦業(yè)大學(xué)余力等開發(fā)并完善了“長通道、大斷面、兩階段地下煤氣化”生產(chǎn)水煤氣的新工藝，煤氣中氫氣含量達(dá)50％以上，在唐山劉莊礦已進(jìn)行工業(yè)性試運(yùn)轉(zhuǎn)，可日產(chǎn)水煤氣5萬m如再經(jīng)轉(zhuǎn)化及變壓吸附法提純可制得廉價(jià)氫氣，該法在我國具有一定開發(fā)前景。

　　(2）以天然氣或輕質(zhì)油為原料制取氫氣

　　該法是在有催化劑存在下與水蒸汽反應(yīng)轉(zhuǎn)化制得氫氣。主要發(fā)生下述反應(yīng)：

　　CH+H0→CO+H 

　　CO+H0→C0+H 

　　CnHn＋2nH0→nCO+（2n+1）H

　　反應(yīng)在800一820°C下進(jìn)行。從上述反應(yīng)可知，也有部分氫氣來自水蒸汽。用該法制得的氣體組成中，氫氣含量可達(dá)74％（體積）。其生產(chǎn)成本主要取決于原料價(jià)格，我國輕質(zhì)油價(jià)格高，制氣成本貴，采用受到限制。大多數(shù)大型合成氨合成甲醇工廠均采用天然氣為原料，催化水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫的工藝。我國在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量有成效的研究工作、并建有大批工業(yè)生產(chǎn)裝置。我國曾開發(fā)采用間歇式天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化制氫工藝，制取小型合成氨廠的原料，這種方法不必采用高溫合金轉(zhuǎn)化爐，裝置投資成本低。 

　　（3）以重油為原料部份氧化法制取氫氣

　　重油原料包括有常壓、減壓渣油及石油深度加工后的燃料油。重油與水蒸汽及氧氣反應(yīng)制得含氫氣體產(chǎn)物。部分重油燃燒提供轉(zhuǎn)化吸熱反應(yīng)所需熱量及一定的反應(yīng)溫度。氣體產(chǎn)物組成：氫氣46％（體積），一氧化碳46％，二氧化碳6％。該法生產(chǎn)的氫氣產(chǎn)物成本中，原料費(fèi)約占三分之一，而重油價(jià)格較低，故為人們重視。

　　我國建有大型重油部份氧化法制氫裝置，用于制取合成氨的原料。

2.1.3生物質(zhì)制氫 

　　生物質(zhì)資源豐富，是重要的可再生能源。生物質(zhì)可通過氣化和微生物制氫。

?。?）生物質(zhì)氣化制氫

　  將生物質(zhì)原料如薪柴、鋸未、麥秸、稻草等壓制成型，在氣化爐（或裂解爐）中進(jìn)行氣化或裂解反應(yīng)可制得含氫燃料氣。我國在生物質(zhì)氣化技術(shù)領(lǐng)域的研究已取得一定成果，中科院廣州能源所多年來進(jìn)行了生物質(zhì)氣化的研究，其氣化產(chǎn)物中氫氣約占10％左右，熱值達(dá)11MJ／m，可作為農(nóng)村燃料，但氫含量仍較低。在國外，由于轉(zhuǎn)化技術(shù)的提高，生物質(zhì)氣化已能大規(guī)模生產(chǎn)水煤氣，其氫氣含量大大提高。

?。?）微生物制氫

　　微生物制氫技術(shù)亦受人們的關(guān)注。利用微生物在常溫常壓下進(jìn)行酶催化反應(yīng)可制得氫氣。生物質(zhì)產(chǎn)氫主要有化能營養(yǎng)微生物產(chǎn)氫和光合微生物產(chǎn)氫兩種。屬于化能營養(yǎng)微生物的是各種發(fā)酵類型的一些嚴(yán)格厭氧菌和兼性厭氧菌）發(fā)酵微生物放氫的原始基質(zhì)是各種碳水化合物、蛋白質(zhì)等。目前已有利用碳水化合物發(fā)酵制氫的專利，并利用所產(chǎn)生的氫氣作為發(fā)電的能源。光合微生物如微型藻類和光合作用細(xì)菌的產(chǎn)氫過程與光合作用相聯(lián)系，稱光合產(chǎn)氫。90年代初中科院微生物所、浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位曾進(jìn)行“產(chǎn)氫紫色非硫光合細(xì)菌的分離與篩選研究”及“固定化光合細(xì)菌處理廢水過程產(chǎn)氫研究”等，取得一定結(jié)果。在國外已設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用光合作用細(xì)菌產(chǎn)氫的優(yōu)化生物反應(yīng)器，其規(guī)模將達(dá)日產(chǎn)氫2800m。該法采用各種工業(yè)和生活有機(jī)廢水及農(nóng)副產(chǎn)品的廢料為基質(zhì)，進(jìn)行光合細(xì)菌連續(xù)培養(yǎng)，在產(chǎn)氫的同時(shí)可凈化廢水并獲單細(xì)胞蛋白，一舉三得，很有發(fā)展前途。

2.1.4其它合氫物質(zhì)制氫 

　　 國外曾研究從硫化氫中制取氫氣。我國有豐富的資源，如河北省趙蘭莊油氣田開采的天然氣中氫含量高達(dá)90％以上，其儲(chǔ)量達(dá)數(shù)千萬噸，是一種寶貴資源，從硫化氫中制取氫有各種方法，我國在90年代開展了多方面的研究，如石油大學(xué)進(jìn)行了“間接電解法雙反應(yīng)系統(tǒng)制取氫氣與硫磺的研究取得進(jìn)展，正進(jìn)行擴(kuò)大試驗(yàn)。中科院感光所等單位進(jìn)行了“多相光催化分解硫化氫的研究”及“微波等離子體分解硫化氫制氫的研究”等。各種研究結(jié)果將為今后充分合理利用寶貴資源、提供清潔能源及化工原料奠定基礎(chǔ)。

2.1.5各種化工過程副產(chǎn)氫氣的回收 

　　多種化工過程如電解食鹽制堿工業(yè)、發(fā)酵制酒工藝、合成氨化肥工業(yè)、石油煉制工業(yè)等均有大量副產(chǎn)氫氣，如能采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行氫氣的分離回收，每年可得到數(shù)億立方米的氫氣。這是一項(xiàng)不容忽視的資源，應(yīng)設(shè)法加以回收利用。

2.1.6甲醇制氫

實(shí)現(xiàn)車載制氫是中小型移動(dòng)質(zhì)子交換膜燃料電池電源系統(tǒng)商業(yè)化的關(guān)鍵。甲醇-水蒸汽重整(MSR)制氫因反應(yīng)溫度低(<250℃)，與質(zhì)子交換膜燃料電池的運(yùn)行溫度最匹配、出口H含量高，CO含量低(<1%)，可省去后續(xù)處理中水汽置換(WGS)過程以及可利用燃料電池陽極尾氣催化燃燒供熱來提高效率等優(yōu)勢(shì)而受到人們更多的關(guān)注。但MSR是強(qiáng)吸熱過程，常規(guī)固定床反應(yīng)器采用顆粒催化劑受熱質(zhì)傳輸?shù)南拗贫憩F(xiàn)為慢反應(yīng)，且動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，催化劑床層存在“冷點(diǎn)”問題難以實(shí)現(xiàn)等溫操作。目前解決上述問題的方法是采用微反應(yīng)器技術(shù)強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)。

　　工業(yè)上利用甲醇制氫有二種途徑：甲醇分解、甲醇部分氧化和甲醇蒸汽重整。

　　甲醇蒸汽重整制氫由于氫收率高，能量利用合理，過程控制簡(jiǎn)單，便于工業(yè)操作而更多地被采用。

　　甲醇蒸汽重整是吸熱反應(yīng)，可以認(rèn)為是甲醇分解和一氧化碳變換反應(yīng)的綜合結(jié)果。甲醇蒸汽重整制氫工藝工業(yè)化多年，經(jīng)歷了多次技術(shù)改進(jìn)，已相當(dāng)成熟。

　　甲醇蒸汽重整反應(yīng)通常在250-300℃，1.5MPa，H0與CH0H摩爾比為1.0-5.0的條件下進(jìn)行，重整產(chǎn)物氣經(jīng)過變壓吸附等凈化過程，可得不同規(guī)格的氫氣產(chǎn)品，氫氣純度最高可以達(dá)到99.999%以上。

　　甲醇蒸汽重整過程既可以使用等溫反應(yīng)系統(tǒng)，也可以使用絕熱反應(yīng)系統(tǒng)。等溫反應(yīng)系統(tǒng)采用管式反應(yīng)器，管殼中充滿熱載體進(jìn)行換熱，保持恒溫反應(yīng)。在絕熱反應(yīng)系統(tǒng)中，蒸汽與甲醇混合物經(jīng)過一系列絕熱催化劑床層，床層之間配備換熱器。

氫能是最理想的潔凈能源之一。然而，氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸不僅費(fèi)用昂貴，技術(shù)上也相當(dāng)麻煩。甲醇因其能量密度高、易于儲(chǔ)運(yùn)處理、運(yùn)價(jià)低廉而被認(rèn)為是一種氫的最佳載體。甲醇催化分解制氫是甲醇制氫的三種途徑之一。甲醇直接分解成氫氣和一氧化碳是比未分解的甲醇和汽油更潔凈有效的燃料，可以用作汽車和氣體渦輪機(jī)的動(dòng)力燃料，同時(shí)也可為化工廠、制藥廠、材料加工廠等提供了一個(gè)簡(jiǎn)便而經(jīng)濟(jì)的一氧化碳及氫氣來源。以甲醇分解氣作為燃料的內(nèi)燃機(jī)可以在空氣過量的情況下工作(即貧油燃燒),從而使燃燒效率進(jìn)一步提高；事實(shí)證明甲醇分解氣的效率比未分解的甲醇高34%，而且貧油燃燒時(shí)燃燒更充分，可以降低一氧化碳和烴類的排放。除此之外，甲醇分解氣燃燒溫度較低，因而燃燒尾氣中NOX含量較低，經(jīng)驗(yàn)證明NOX的排放量可降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

反應(yīng)產(chǎn)物凈化系統(tǒng)可根據(jù)產(chǎn)品質(zhì)量等級(jí)要求選擇，變壓吸附及膜分離技術(shù)是非常實(shí)用的氣體凈化技術(shù)。變壓吸附凈化可獲得純度高于99.99%的氫氣產(chǎn)品，依據(jù)所使用的不同吸附劑及工藝條件，氫回收率在70%-87%之間變化。溶劑洗滌、CO催化轉(zhuǎn)化、甲烷化等過程均可用于凈化氫氣。

甲醇制氫是適用于中小型用氫規(guī)模的制氫裝置技術(shù)，該技術(shù)主要是以甲醇、水為原料，經(jīng)催化轉(zhuǎn)化，變壓吸附分離技術(shù)得到氫氣。該技術(shù)流程簡(jiǎn)潔、占地小，投資省、產(chǎn)品成本低。其技術(shù)特點(diǎn)為：生產(chǎn)技術(shù)成熟、運(yùn)行安全可靠，原料來源容易、運(yùn)輸貯存方便、價(jià)格穩(wěn)定，流程簡(jiǎn)潔，裝置自動(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單、容易，占地小、投資省、回收期短，能耗低、產(chǎn)品成本低，無環(huán)境污染。

2. 2國外制氫發(fā)展趨勢(shì)

為了尋求經(jīng)濟(jì)實(shí)用的制氫方法，各國科學(xué)家正在努力探索。近年來已經(jīng)取得一些進(jìn)展，如：用氧化亞銅做催化劑從水中制氫氣；用新型的鉬的化合物從水中制氫氣；用光催化劑反應(yīng)和超聲波照射把水完全分解的方法；陶瓷跟水反應(yīng)制取氫氣；甲烷制氫氣；從微生物中提取的酶制氫氣；從細(xì)菌制取氫氣；用綠藻生產(chǎn)氫氣。

2.2.1用氧化亞銅做催化劑從水中制氫氣

　　有研究人員將0.5g氧化亞銅粉末添加入200cm的蒸餾水中，然后用一盞玻璃燈泡中發(fā)出的460nm～650nm的可見光進(jìn)行照射，在氧化亞銅催化劑的作用下，水分解成氫和氧。用這種方法共進(jìn)行了30次實(shí)驗(yàn)，從分解的水中得到了不同比例的氫和氧。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，如果得到的氧的壓力增加到500p，水的分解過程就減慢。氧化亞銅粉末的使用壽命可達(dá)1900h之久。東京技術(shù)研究所計(jì)劃進(jìn)一步研究如何提高氫的產(chǎn)生效率，同時(shí)研制能夠在波長更長的可見光照射下發(fā)揮活性的催化劑，該研究所正在試驗(yàn)一種新的含銅鐵合金的氧化物。

2.2.2 用新型的鉬的化合物從水中制氫

　　西班牙瓦倫西亞大學(xué)的兩位科學(xué)家發(fā)明了一種低成本的從水中制取氫的方法。他們對(duì)催化轉(zhuǎn)化器進(jìn)行改造，使水分解時(shí)僅需很少的成本。他們用一種從鉬中獲取的化學(xué)產(chǎn)品做催化劑，而不使用電能。他們說，如果用氫作原料，從半升水中制得的氫足以使一輛小汽車行駛633km

2.2.3用光催化劑反應(yīng)和超聲波照射把水完全分解法制氫

　　有人發(fā)現(xiàn)二氧化鈦經(jīng)光（紫外線）照射可分解水的現(xiàn)象。他們本擬應(yīng)用這一方法制氫，但由于氫和氧的生成量較少，在經(jīng)濟(jì)上不合算而中斷了這一研究。據(jù)最近報(bào)道，當(dāng)同時(shí)使用光催化劑反應(yīng)和超聲波照射的方法能夠把水完全分解。這種“超聲波光催化劑反應(yīng)”所以能使水完全分解，是由于在超聲波的作用下，水可被分解為氫和雙氧水，而雙氧水經(jīng)光催化反應(yīng)又可分解成氧和氫。不過超聲波照射和二氧化鈦光催化劑雖然獲得了完全分解水的結(jié)果，但氫的生成量卻較少。在添加二氧化錳后，再用超聲波照射，二氧化錳分解后的錳離子可溶解到溶液中，使雙氧水產(chǎn)生大量的氫。

2.2.4陶瓷跟水反應(yīng)制氫　　

有人在300 ℃下，使陶瓷跟水反應(yīng)制得了氫。他們?cè)跉搴偷臍饬髦?，將炭?a >鎳鐵氧體（CNF）加熱到300℃，然后用注射針頭向CNF上注水，使水跟熱的CNF接觸，就制得氫。由于在水分解后CNF又回到了非活性狀態(tài)，因而鐵氧體能反復(fù)使用。在每一次反應(yīng)中，平均每克CNF能產(chǎn)生2cm～3cm的氫氣。

2.2.5甲烷制氫氣

　　（1）用鎳鉑稀土元素氧化物制

　　有人用鎳鉑稀土元素氧化物多孔催化劑，使甲烷、二氧化碳和水生成了氫氣。催化劑中鎳、稀土元素氧化物和鉑的組成比例為10:65:0.5。其制備過程是，先將鎳、稀土元素氧化物等原料加熱熔解，然后導(dǎo)入氨氣，使熔解物成為凝膠狀，再進(jìn)行干燥、熱處理。這種催化劑微?？讖綖?nm～100nm，具有很高的催化活性。乾智行教授將該催化劑裝進(jìn)反應(yīng)塔，然后加入二氧化碳、甲烷和水蒸氣。結(jié)果，在常壓及550 ℃～600 ℃條件下，生成物為氫氣和一氧化碳，升溫至650 ℃，其轉(zhuǎn)化率為80%；溫度為700 ℃時(shí)，轉(zhuǎn)化率幾乎達(dá)到100%。

　?。?）用C作催化劑從甲烷制氫

　　有人用C作催化劑，從甲烷制得氫氣。在現(xiàn)階段，C在高溫條件下才能發(fā)揮功能，不能立刻達(dá)到實(shí)用，必須加以改良，制成在低溫條件下也能工作的節(jié)能催化劑。他們開發(fā)的催化劑，是在碳粉里摻10%的C60。在加熱到1 000 ℃的容器里，放入0.1g催化劑，以1min流入20ml甲烷的速度作實(shí)驗(yàn)，結(jié)果90%的甲烷分解成氫和碳。C用作催化劑，可用水洗凈表面，除去附著的殘存碳素，理論上可半永久使用。由于形狀獨(dú)特，粒子表面面積為活性炭的5倍到10倍，因而作催化劑用時(shí)功能較強(qiáng)。

2.2.6用微生物提取酶制氫

　?。?）葡萄糖脫氧酶。

美國橡樹岑國家實(shí)驗(yàn)室從熱原體乳酸菌中提取葡萄糖脫氧酶。熱原體乳酸菌首先是在美國礦井中的低溫干餾煤渣中發(fā)現(xiàn)的。葡糖脫氧酶在磷酸煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADP）的幫助下，能從葡萄糖中提取氫。在制取氫的過程中，NADP從葡萄糖中剝?nèi)∫粋€(gè)氫原子，使剩余物質(zhì)變成氫原子溶液。　　

（2）氫化酶

　　這種酶是從曾在海底火山口附近發(fā)現(xiàn)的一種微生物中提取的。氫化酶的作用是使NADP攜載的氫原子結(jié)合成氫分子，而NADP還原為它原來的狀態(tài)繼續(xù)再次被利用。除美國發(fā)現(xiàn)這種酶外，俄羅斯的科學(xué)家也在湖沼里發(fā)現(xiàn)了這種微生物。他們把這種微生物放在適合于它生存的特殊器皿里，然后將微生物產(chǎn)出的氫氣收集在氫氣瓶里。

2.2.7用細(xì)菌制取氫

　　（1）許多原始的低等生物在其新陳代謝的過程中也可放出氫氣。例如，許多細(xì)菌可在一定條件下放出氫氣。日本已發(fā)現(xiàn)一種名為“紅極毛桿菌”的細(xì)菌，就是制氫的能手。在玻璃器皿里，以淀粉作原料，摻入一些其他營養(yǎng)素制成培養(yǎng)液，就可以培養(yǎng)出這種細(xì)菌。每消耗5mm淀粉營養(yǎng)液，就可以產(chǎn)生出25ml的氫氣。

　?。?）美國宇航部門準(zhǔn)備把一種光合細(xì)菌—紅螺菌帶到太空去，用它放出的氫氣作為能源供航天器使用。

2.2.8用綠藻生產(chǎn)氫

　　科學(xué)家們已發(fā)現(xiàn)一種新方法，使綠藻按要求生產(chǎn)氫氣。美國伯克利加州大學(xué)科學(xué)家說，綠藻屬于人類已知的最古老植物之一，通過進(jìn)化形成了能生活在兩個(gè)截然不同的環(huán)境中的本領(lǐng)。當(dāng)綠藻生活在平常的空氣和陽光中時(shí)，它像其他植物一樣具有光合作用。光合作用利用陽光，水和二氧化碳生成氧氣和植物維持生命所需要的化學(xué)物質(zhì)。然而當(dāng)綠藻缺少硫這種關(guān)鍵性的營養(yǎng)成分，并且被置于無氧環(huán)境中時(shí)，綠藻就會(huì)回到另一種生存方式中以便存活下來，在這種情況下，綠藻就會(huì)產(chǎn)生氫氣?？茖W(xué)家介紹，1L綠藻培養(yǎng)液每小時(shí)可以產(chǎn)生出3ml氫氣，但研究人員認(rèn)為，綠藻生產(chǎn)氫氣的效率至少可以提高100倍。

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