众所周知,地球上的石油资源是有限的,短时间内不可再生的。
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在世界石油分布中,俄罗斯、美国、中东地区占据大头,我国国内只有十分有限的石油。随着时代的发展,人们对石油的需求越来越强烈,油价也随之上涨。
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作为生活中不可或缺的物品。石油不仅可以提炼成汽油和柴油,供各类车辆使用。其他产物还可以制成塑料袋,或者利用副产物重油作为航空母舰的燃料。
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然而,我国的一项发明,可能是让我国摆脱对石油进口的依赖,甚至可能让国际原油价格出现下跌。这究竟是什么技术,未来真的有可能让人类摆脱对石油的依赖吗?
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氢作为燃料,相较于汽油来说是非常清洁的,另外还具备无毒无害、热值高和燃烧性能好等优点。
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相较于传统的汽油,氢气的能量密度是它的2.7倍,而且在燃烧后,只会产生水蒸气,属于清洁能源。
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氢气燃烧
最为关键的是,氢气可以再生,从海水、天然气、可燃冰内都可以采集,但是汽油基本上不可能再生。
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国外的海上制氢站
目前在日常生活中,我们已经可以看到各种氢能源汽车在大街小巷,在很多工业应用领域中,氢作为新能源也开始了逐步的应用。在航天技术中,也能将氢做成氢燃料电池。
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而这项新技术的出现,将大大提高人们对氢的开采效率,这项新技术的名字叫做“海水无淡化原位直接电解制氢”,是谢和平院士团队的研究成果。
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并且由谢和平院士团队、深圳大学、四川大学和中国东方电气公司,在福建省兴化湾海上风电场联合开展的全球首次实验,取得了成功。
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海洋是地球上最大的“氢矿”,也是未来氢的主要来源地,但海水的成分十分复杂,大约有92种化学元素。
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长期以来,各种催化剂失活、其他反应的产生,以及海水中复杂的成分,比如微生物、杂质颗粒、化学元素等,不仅会使各种方法的开采效率降低,还会让各种产生腐蚀。
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在这项技术出现之前,想要从海水中提取氢,需要使用各种设备,先将海水进行淡化,过程中牵扯的工艺十分复杂,设备占地广,消耗资源大。家里穷,或者地方小的,肯定是搞不起。
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而淡化海水,无疑增加了制氢的成本,事实上,最先在海上进行制取氢气的公司,是丹麦的一家风电公司和法国的一家能源公司进行合作。
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但是由于工艺和技术不成熟,导致生产成本居高不下,在经过几年的挣扎后,丹麦的风电公司宣布破产,该项目也因此中断。
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在很长一段时间里,诸如美国、法国和德国等,都是使用间接制取氢气的方法。
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并因此使用了大量的化工设备,将海水进行淡化处理,但这种工艺成本非常高,流程极为复杂,因此长久以来,它们都无法实现大规模的生产。
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所以降低海水制氢技术成本,是非常急需的东西。
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所以早在70年代,便有科学家提出,能不能跳过淡化这一步,直接大规模的从海水中电解制氢。
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然而,经过几十年的时间,世界上一些顶级的研究所,以及科学家们绞尽脑汁,对此进行了大量的研究与实验,别说具有突破性的成熟技术了,连突破性的原理都没有出现。
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然而在2022年11月30日,谢和平院士团队在顶级自然科学领域期刊《Nature》发表论文,表述了如何在不对海水淡化的情况下,从而规避各种不需要的反应,以及腐蚀问题,进行制氢。
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困扰许多科学家几十年的问题,就此迎刃而解,国外专家还对这项技术评论到:将打开低成本燃料生产的大门,非常有望推动变革,走向可持续发展的世界。
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大致原理是加了一个海水中,利用各种原理在海水中建立了一个膜,在整个反应过程中,这个膜会一直存在,将除了纯净水以外的化学元素隔离在膜外,从而对膜内的水进行电解制氢。
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该团队后来又研制了全球首套海水原位直接电解制氢设备,每小时可对400升海水进行制氢,在2023年6月份,又联合其他单位进行了现场实验,成功连续运行了3200小时。
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在这次试验中,该设备每小时制取氢气1.3标准立方米,运行成本为每标准立方米5度电,而且即使在运行几天后,制取的氢气程度依然很高,为99.9%至99.99%。
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相较于从天然气中制取氢气,这套设备还相当的实惠,不会提高运营成本,而且还符合环保理念。
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将来非常有望,直接在海上建立大型的氢气提取工厂,并利用各种工厂旁边的风电设备作为电能,从而实现清洁制取能源。
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除此之外,该项技术还十分有望运用于一些被污染的水源,比如工业废水、生活废水等等,并在其中提取氢气。
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目前,世界上对环保和清洁能源的需求越来越迫切,该技术的出现,使兼顾了清洁和可再生特性的氢气,十分有希望进入商业化领域,进而改变未来的能源开采方式。
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其实,氢气除了用作能源外,还能应用于其他领域。
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比如在工业中,可以利用氢气的还原性,当做还原剂用于金属的冶炼,另外金属的切割和焊接,光纤的生产,也需要使用氢气。
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在我们日常接触的食品中,氢气还能搭配二氧化碳、氮气等气体,充填食品包装,起到一定的减缓微生物生长的作用。
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我们熟悉的汽油,在实际生产中,也需要通过添加氢气,才能让原油去进行进一步的反应。此外,日常生活中,所接触到的很多日化用品,其生产过程也离不开氢气。
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所以大可不必担心,耗费大量的电能和资源,所挖到的氢气能不能保本的问题。
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不妨畅想一下未来,随着氢的产量逐渐上升,然后利用氢制取重氢的技术也随之发展,重氢的产量,也就是氘的产量会随之上升。
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而氘和氚的混合物,将来可以作为聚变核电站的装置,也许在未来的某一天,聚变电站所产生的能量,将会作为人类的主要能量来源。
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