1公斤液氢需耗费65度电,50度电用来电解水,15度电用来低温液化

未来能源是核聚变,但目前人类只能从碳和氢中获取能量,全球能源以煤炭和石油为主。氢含量越高,能源越干净,比如纯氢燃烧后就只剩下水了,但是制氢和储氢太费劲,并且成本又高,1公斤氢需要耗费50度电左右,还需要15度电来液化氢气,所以很难应用。如果核聚变商用时间早于氢能源成本的降低,那么人类就可以跨越氢能直接到核聚变,就像一些国家抛弃烧煤的火车直接上高铁。

核聚变

碳、氢、氧、氮、硫、磷等元素是构成有机物的主要元素,氧和氮本身并不直接释放能源,在化学反应中,它们通常作为反应物或参与反应的元素,而不是作为能源的来源。碳和氢能够释放能量,它们是构成烃类化合物的主要元素,而烃类化合物在燃烧过程中能够与氧气反应,释放出大量的热能。这种能量释放是由于碳-氢键和碳-碳键的断裂,以及随后与氧气的反应所产生的。

目前全球的能源构成比例为煤炭占全球能源消费总量的 56.2%;石油占能源结构的31.8%;天然气占比24%;可再生能源如水电、风电、太阳能等,占能源消费总量的25.9%,而核电占全球电力的百分比只有10%,核聚变能源是未来清洁能源的理想选择,不但产生大量的能量,同时几乎没有温室气体排放和核废料问题。但是要解决如等离子体的稳定控制、材料的耐高温性能、以及经济上的可行性等。

煤矿

以目前人类的技术实力,只能以煤炭和石油为主,石油和煤炭都属于碳氢能源,主要由碳(C)和氢(H)元素组成,通过燃烧释放能量。石油主要由烃类化合物组成,烃类化合物由碳和氢2种元素以不同方式结合的产物。燃烧时会与氧气反应,生成二氧化碳和水,并释放出大量的热能。煤炭主要成分是碳和氢。煤炭在燃烧时,其碳和氢元素也会与氧气发生化学反应,产生二氧化碳和水,并释放热能。所以人类这几百年总是在碳氢之间徘徊。

碳燃烧生成二氧化碳,氢燃烧生成水,人类目前要么用碳,要么用氢,人类整个能源系统就是碳氢平衡的系统。氢元素含量越高,能源越干净。比如煤炭按照简单的比例有1个碳,只有0.6个氢;而汽油1个碳对应2个氢就好一点了;天然气1个碳对应4个氢,就更好一点了;如果是纯氢里面就没有碳元素了,就更干净了。所以制氢一直是人类发展的技术。

但是氢能源有自身的劣势和弊端,比如提取成本很高,以电解水制氢为例,制造1公斤氢气大约需要35-55度电。这个能耗取决于电解水的方法和电价,并且氢气的液化过程也是能耗较高的,需要在低温度下进行,大约需要11-15度电来液化1公斤氢气。

储存和运输成本也很高,由于氢气的密度低和高压要求,其储存和运输成本相对较高,需要建设复杂的氢气基础设施。能源密度相对较低,相较于传统燃料,氢气在单位体积内所储存的能量密度相对较低,需要更大的存储空间。同时能量转换效率低,目前的氢燃料电池系统的能量转换效率相对较低,达不到与内燃机或电池技术相媲美的水平。并且这玩意儿爱爆炸,一旦放在汽车上出现车祸可能会连累无辜。

氢燃料电池技术尚不成熟,存在成本高、寿命短、效率低等问题。氢气的储存很难,因为氢气密度小、液化困难。氢气在常温下为气体,需要-252.7℃才能液化,这导致储存和运输效率低下,氢气分子半径很小,在高压下可以穿过微孔从容器中溢出,或与金属容器反应,导致材料强度降低而开裂,即氢脆现象。

综上所属,氢能源虽好,但是因为各种问题导致人类无法大规模使用。目前全球共有436座核反应堆在运行,原理就是烧开水发电,利用原子裂变过程中产生的热量来沸腾水并产生加压蒸汽来推动涡轮叶片旋转,来带动发电机发电,核裂变看似高大上其实就是烧开水。如果能想太阳一样稳定的燃烧几十亿年,那么人类的能源问题就不用发愁了。

美国的一家美国聚变研究公司Helion Energy是一家让核聚变达到1亿摄氏度的私营公司,用脉冲磁聚变产生1.05亿度高温,比太阳还烫7倍,不需要烧开水来发电,而是通过电磁感应直接发电,这样就省去了汽轮机等繁琐设备,可以让发电成本会降低到每千瓦时1美分。原理是用聚变发电机将聚变燃料的温度提高到1亿摄氏度,并通过脉冲方法直接提取电力。

聚变后会推动等离子体向筒的两头扩散,这个扩散的等离子体本身就是电磁场,这个电场可以对筒上的电容反向充电,那么只要达到充电大于放电,就可以对外发电了,目前原型机“北极星”预计今年完成,可将脉冲率从每10分钟1个脉冲增加到每秒1个脉冲,这种技术一旦成熟,将会改变人类的能源结构,让地球的生态得到改善。#头条提现门槛下放至1元啦#

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