氢能：21世纪的绿色能源

　　本书是《21世纪可持续能源的丛书》之一。氢能作为21世纪的绿色能源，由于其清洁，便于储存和资源丰富的特点，在未来可持续能源中占有重要地位。本书收集了氢的基本数据和最新研究发展的成果，全面系统地介绍了氢能的方方面面。包括开发氢能的必要性和迫切性；氢的基本性质；氢的各种制取和纯化方法；氢的储存和运输；氢在内燃机车、火箭、汽车、船舶、交通工具以及以氢为动力的燃料电池等方面的应用前景。本书可供从事氢能研究的化学、化工、材料学与工程等专业的技术人员、高等院校相关专业的教师、研究生参考，也适用于从事能源领域的科技人员、管理人员及一般读者阅读。

　　1947年生，江苏淮阴人。清华大学核能与新能源技术研究院教授，博士生导师。1970年毕业于清华大学化工系，1984年赴意大利进修能源计划与管理，1989年赴英国帝国理工（Im-perial.College）和布拉德福德（Brad-ford）大学留学，1993年获英国Bradford大学化工系工学博士学位。毛宗强一直从事与化学工程有关的科研工作，1994年以后开拓了氢氧质子交换膜燃料电池、纳米碳储氢、直接甲醇燃料电池和低温固体氧化物燃料电池等新领域的研究并取得成果。发表论文100余篇，主编和参编著作多部。现为国家重点基础研究计划项目（973项目）氢能首席科学家。任国际氢能学会理事，中国太阳能学会副理事长，中国太阳能学会氢能专业委员会主任，中国电工学会氢能发电装置专业委员会委员等职。同时还是世界环境基金（GEF）技术顾问，国际能源署（IEA）氢能协作组中国观察员。

第1章 导论1
11 化石能源短缺与汽车1
12 环境要求2
13 可持续发展的压力4
131 能源安全4
132 经济发展的需要5
133 新的经济增长点5
14 氢能是能源历史的必然9
15 氢能发展史10
16 永恒的能源：氢能13
161 氢和电力、蒸汽的比较13
162 核聚变14
163 为什么氢是永恒的能源17
第2章 氢的发现19
21 氢的发现过程19
211 氢从何而来19
212 氢发现简史19
22 氢的分布20
221 地球上的氢20
222 空间中的氢20
223 人体中的氢21
23 氢的性质21
231 氢的原子结构和分子结构21
232 氢的物理性质21
233 氢的化学性质24
234 氢键26
235 正氢和仲氢26
24 氢的形态28
241 气体氢28
242 液体氢28
243 固体氢30
25 氢的实验室制备31
251 制备方法31
252 实验装置31
26 氢的能源特性32
27 氢的同位素33
271 氢同位素的发现33
272 氢同位素的性质34
273 氢同位素的用途35
28 “分数氢”36
281 分数氢的提出36
282 分数氢理论对重大理论提出挑战37
283 来自科学界的两种对立观点38
284 分数氢理论展望40
第3章 用水制氢41
31 水电解制氢41
311 电解水制氢的基本原理41
312 水电解的能量与物料平衡47
313 水电解制氢装置48
314 重水电解57
315 煤水电解制氢58
316 压力电解58
32 热化学制氢60
321 为什么要研究热化学制氢60
322 热化学制氢的历史61
323 热化学制氢现状61
324 热化学循环体系的选择64
325 热化学制氢的国内现状65
326 热化学制氢的展望65
33 高温热解水制氢68
331 高温热解水制氢原理68
332 高温热解水制氢的难点68
333 高温热解水制氢前景69
第4章 化石能源制氢70
41 煤制氢72
411 传统煤制氢技术73
412 我国煤炭气化制氢现状74
413 煤制氢零排放技术78
414 煤炭气化制氢用途的发展80
42 气体原料制氢81
421 天然气水蒸气重整制氢81
422 天然气部分氧化重整制氢85
423 天然气催化热裂解制造氢气86
424 天然气制氢气新方法86
43 液体化石能源制氢86
431 甲醇裂解-变压吸附制氢技术87
432 甲醇重整88
433 以轻质油为原料制氢88
434 以重油为原料部分氧化法制取氢气89
第5章 生物质制氢90
51 微生物转化技术91
511 生物制氢发展历程91
512 生物制氢方法比较92
513 生物制氢技术现状93
514 生物制氢前景97
52 热化工转化技术97
521 热化工转化技术发展史97
522 固体燃料的气化97
523 生物质热解103
524 热化工转化优缺点104
53 国际生物质利用简况106
54 我国生物质利用设想108
541 农村的生物质利用108
542 国民经济中的大生物质能109
第6章 其他制氢方法111
61 烃类分解生成氢气和炭黑的制氢方法111
62 氨裂解制氢112
63 新型氧化物材料制氢112
64 nabh4的催化水解制氢113
641 基本原理及装置介绍113
642 存在的问题115
65 硫化氢分解制氢115
651 硫化氢分解反应基础知识116
652 硫化氢分解方法117
653 主要研究方向120
66 太阳能直接光电制氢121
67 辐射性催化剂制氢122
68 各种化工过程副产氢气的回收122
69 电子共振裂解水122
610 陶瓷和水反应制取氢气122
第7章 氢的纯化124
71 氢气中的杂质124
72 为什么要纯化氢125
721 能源工业要求125
722 现代工业的要求126
723 在电子工业中的应用127
73 氢的实验室纯化方法127
731 纯化方法概述127
732 实验室催化纯化127
733 实验室聚合物膜扩散法127
734 实验室金属氢化物法131
74 氢的工业纯化方法132
741 低温吸附法132
742 工业化低温分离133
743 工业化变压吸附133
744 工业化无机膜分离136
第8章 太阳能-氢能系统139
81 什么是太阳能139
82 如何从太阳能得到氢140
821 太阳能电解水制氢140
822 太阳能热化学制氢141
823 太阳能光化学制氢141
824 太阳能直接光催化制氢141
825 太阳能热解水制氢144
826 光合作用制氢144
83 太阳能-氢能系统145
831 太阳能-氢能系统145
832 尝试太阳能-氢能系统145
84 太阳-氢能系统的科学性、经济性146
841 太阳-氢能系统的科学性146
842 太阳-氢能系统的经济性147
第9章 氢的储存148
91 氢能工业对储氢的要求148
92 目前储氢技术148
921 加压气态储存148
922 液化储存149
923 金属氢化物储氢150
924 非金属氢化物储存153
925 目前储氢技术与实用化的距离154
93 储氢研究动向155
931 高压储氢技术155
932 新型储氢合金155
933 有机化合物储氢156
934 碳凝胶159
935 玻璃微球159
936 氢浆储氢160
937 冰笼储氢161
938 层状化合物储氢161
第10章 碳材料储氢162
101 碳储氢材料影响因素162
102 活性炭储氢162
1021 活性炭分类162
1022 活性炭储氢163
1023 活性炭储天然气164
103 纳米碳储氢165
1031 纳米碳的发现165
1032 纳米碳制备166
1033 纳米碳处理167
1034 纳米碳储氢168
104 纳米碳电化学储氢172
1041 碳纳米管电化学储氢概况173
1042 铜粉复合定向碳纳米管电化学储氢174
1043 沉积纳米铜的定向多壁碳纳米管电化学储氢179
1044 定向多壁碳纳米管电化学储氢机理探讨182
第11章 氢气输送与加注184
111 车船运输184
1111 液氢储罐184
1112 压力容器185
112 管道输送186
1121 液氢的管道输送186
1122 气氢管道187
1123 有机化合物输氢管道187
113 氢气输运小结187
114 加氢站背景材料188
115 国外加氢站情况190
116 以天然气为原料的加氢站结构以及主要设备193
1161 系统流程示意图193
1162 系统及主要设备193
117 以水为原料的加氢站结构以及主要设备197
1171 系统流程示意图197
1172 水电解加氢站设备197
118 加氢站安全197
第12章 核聚变199
121 什么是受控核聚变199
1211 原理199
1212 核聚变历史201
122 怎样实现核聚变203
1221 实现核聚变条件203
1222 原料205
1223 设备205
123 核聚变的优点210
1231 释放能量大210
1232 原料丰富210
1233 环境友好210
1234 核聚变比核裂变的原料成本低210
124 核聚变研究现状210
125 核聚变前景213
1251 冷聚变213
1252 受控热核聚变前景214
第13章 燃料电池216
131 燃料电池原理216
1311 燃料电池简史216
1312 威廉·格罗夫的燃料电池217
1313 燃料电池热力学217
1314 燃料电池特点221
1315 燃料电池分类222
132 碱性燃料电池224
1321 碱性燃料电池原理224
1322 碱性燃料电池技术发展225
133 质子交换膜燃料电池227
1331 质子交换膜燃料电池工作原理227
1332 质子交换膜燃料电池关键材料与零部件229
134 直接甲醇燃料电池231
1341 直接甲醇燃料电池原理231
1342 直接甲醇燃料电池研究现状232
1343 直接甲醇燃料电池发展前景234
135 磷酸燃料电池235
1351 磷酸燃料电池原理235
1352 磷酸燃料电池电站技术发展概况236
1353 磷酸燃料电池商业化237
136 熔融碳酸盐燃料电池240
1361 熔融碳酸盐燃料电池原理240
1362 熔融碳酸盐燃料电池技术发展概况241
137 固体氧化物燃料电池242
1371 高温固体氧化物燃料电池242
1372 低温固体氧化物燃料电池245
138 特种燃料电池251
1381 金属-空气燃料电池251
1382 再生式燃料电池252
1383 直接生化燃料电池262
1384 直接炭燃料电池264
139 燃料电池系统265
1310 燃料电池应用范围266
第14章 氢内燃机268
141 氢内燃机基本概念268
142 氢内燃机历史269
143 氢内燃机汽车270
144 氢内燃机飞机274
145 氢燃料火箭277
1451 氢燃料火箭背景277
1452 我国的氢火箭发动机278
146 氢混合燃料279
1461 氢-油混合燃料279
1462 氢和天然气混合燃料282
1463 各种燃料比较282
第15章 燃料电池和交通工具284
151 燃料电池车辆原理284
1511 工作原理284
1512 燃料电池车的重要部件284
1513 燃料电池用于交通运输的优势294
152 燃料电池车辆295
1521 燃料电池公共汽车295
1522 燃料电池轿车301
1523 燃料电池特种车辆305
1524 燃料电池车辆项目306
153 燃料电池船舶316
1531 燃料电池船只优点316
1532 燃料电池船只项目316
1533 我国燃料电池船只318
154 燃料电池机车320
155 燃料电池飞机321
156 我国早期的燃料电池车322
第16章 家庭及微型燃料电池327
161 社区用热电联供燃料电池电站327
1611 分布式电站327
1612 磷酸燃料电池电站327
1613 熔融碳酸盐燃料电池电站333
1614 固体氧化物燃料电池电站334
1615 质子交换膜燃料电池电站336
162 家庭燃料电池电站338
163 微型燃料电池电源344
1631 为什么需要微型燃料电池344
1632 微型燃料电池的燃料345
1633 微型燃料电池的难度346
164 微型燃料电池研究现状346
1641 笔记本电脑电源349
1642 便携信息终端电源350
1643 手机电源350
165 微型燃