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1 什么是氢能 1

1.1 氢的基本性质 1

1.1.1 氢能的定义 1

1.1.2 氢元素 3

1.1.3 氢的基础物性 3

1.2 作为能量载体的氢 10

1.3 利用氢能的意义 14

1.3.1 对氢能导入的期待 14

1.3.2 氢能社会的中间情景 14

1.3.3 氢在各种地球温暖化对策中的意义 15

1.3.4 以氢为中间载体的中低温热能的高品质再利用 15

1.4 地球上物质循环中氢能的定位 16

1.5 氢能技术的开发历史 20

1.6 能源资源与氢 22

1.6.1 今后的能源需求将增加 22

1.6.2 有关化石能源有限性的讨论 23

1.6.3 地球温暖化的应对 26

1.6.4 利用氢能来解决的可能性 27

引用·参考文献 29

2 氢的制取 31

2.1 燃料的改质 31

2.1.1 水蒸气改质反应 31

2.1.2 部分氧化反应 34

2.1.3 自热改质反应 34

2.1.4 CO变质反应 34

2.1.5 脱硫 34

2.1.6 改质技术的开发动向 35

2.1.7 煤的改质 36

2.2 水的分解 36

2.2.1 水的电解 37

2.2.2 水的热化学分解法（热化学制氢法） 42

2.2.3 水的光解 44

2.3 副产氢气的利用 45

2.3.1 食盐电解行业的副产氢气 45

2.3.2 钢铁行业的副产氢气 46

2.3.3 利用已有制氢设备制氢 47

2.3.4 副产氢气与能源体系 47

2.4 生物质的利用 48

2.4.1 热化学气化法 48

2.4.2 生物制氢法 50

2.5 氢的纯化 54

2.5.1 吸收法 54

2.5.2 低温分离法 55

2.5.3 利用吸附剂的氢的纯化（PSA） 55

2.5.4 利用膜分离的氢的纯化 56

2.5.5 膜反应器研究的进展 58

引用·参考文献 59

3 氢的储存及输送 61

3.1 氢的物性及氢的输送与储存技术 61

3.2 压缩气体氢的输送与储存技术 62

3.2.1 氢的压缩因子 62

3.2.2 压缩气体容器的结构 63

3.2.3 压缩气体容器的课题 64

3.2.4 压缩气体容器的用途开发 64

3.2.5 缓和措施 65

3.3 液态氢的输送与储存 66

3.3.1 关于液态氢 66

3.3.2 液态氢的制造 66

3.3.3 正-仲氢转化 68

3.3.4 液态氢储存容器 68

3.3.5 液态氢储存与输送的课题 69

3.4 基于储氢材料的氢的输送与储存 69

3.4.1 储氢材料的特征 69

3.4.2 储氢材料的分类 70

3.4.3 氢吸储合金 71

3.4.4 无机系储氢材料 77

3.4.5 高比表面积材料 81

3.4.6 有机氢化物 82

3.5 氢气输送体系 83

3.5.1 引言 83

3.5.2 制氢原料的输送 83

3.5.3 压缩氢气的输送 84

3.5.4 液态氢的输送 85

3.5.5 利用储氢介质输送 86

3.5.6 利用管道输送 87

引用·参考文献 87

4 氢的利用 91

4.1 燃料电池技术 91

4.1.1 燃料电池的基本原理 92

4.1.2 燃料电池的种类和用途 92

4.1.3 燃料电池的特征 93

4.1.4 燃料电池系统 94

4.1.5 燃料电池的成本 96

4.2 燃料电池汽车 97

4.2.1 燃料电池汽车的优点 97

4.2.2 燃料电池汽车用混合电源系统 97

4.2.3 燃料电池汽车的开发经过 98

4.2.4 燃料电池汽车的开发现状 99

4.2.5 燃料电池公共汽车的开发状况 101

4.3 家庭用燃料电池 102

4.3.1 家庭用燃料电池的优点 102

4.3.2 家庭用燃料电池的规格和系统 103

4.3.3 家庭用燃料电池的开发状况 103

4.3.4 家庭用燃料电池的课题 104

4.3.5 未来家庭用燃料电池及其普及 104

4.4 商业用燃料电池 105

4.4.1 商业用燃料电池的优点 105

4.4.2 商业用燃料电池的种类和规格 105

4.4.3 商业用燃料电池的开发和利用 106

4.4.4 对商业用燃料电池的期待 107

4.5 船舶、铁路、飞机、民用设备 107

4.5.1 船舶用系统及开发状况 108

4.5.2 燃料电池铁路车辆系统及开发状况 109

4.5.3 氢在飞机上的应用 110

4.5.4 在民用设备上的应用 111

4.6 氢发动机汽车 112

4.6.1 氢发动机技术 113

4.6.2 BMW氢发动机汽车的开发状况 114

4.6.3 马自达氢发动机汽车的开发状况 116

4.6.4 欧美氢发动机汽车引进的动向 117

4.6.5 氢发动机汽车的展望 118

4.7 大容量氢发动机系统（氢柴油发动机） 118

4.7.1 氢／空气开式循环柴油发动机 119

4.7.2 氢／氧闭式循环柴油发动机 119

4.8 氢燃烧透平 120

4.8.1 氢／空气燃烧透平 120

4.8.2 氢／氧燃烧透平 120

4.8.3 氢／空气燃烧透平发电站建设计划 121

引用·参考文献 123

5 加氢站 125

5.1 加氢站的种类及设备 125

5.1.1 加氢站的基本系统 126

5.1.2 燃料改质型加氢站 127

5.1.3 水电解型加氢站 131

5.1.4 压缩氢储藏型加氢站 133

5.1.5 液体氢储藏型加氢站 134

5.1.6 氢管道利用型加氢站 135

5.1.7 加氢站的高压设备装置 136

5.1.8 日本JHFC燃料电池汽车／加氢站实证试验计划 140

5.1.9 商业用加氢站 142

5.1.10 移动式加氢站 143

5.1.11 加氢站设备的供氢能力与标准化 144

5.1.12 加氢站的安全措施 145

5.1.13 有关加氢站设置的相关法令 145

5.2 汽车用氢基础设施的构筑 146

5.3 大规模氢基础设施的构筑 147

5.3.1 氢需要量 147

5.3.2 大规模基础设施技术和氢能利用技术 147

5.3.3 大规模氢基础设施的氢源 147

5.4 氢能的市场导入课题 148

引用·参考文献 149

6 氢气的安全保障技术 151

6.1 氢气检测技术 151

6.1.1 浓度测量原理及分类 151

6.1.2 浓度变化的测量 154

6.1.3 可视化 155

6.2 氢气的安全性 155

6.2.1 氢气的基本特性 155

6.2.2 典型的燃烧及爆炸特性 161

6.2.3 氢气的扩散特性 166

6.2.4 安全措施 168

6.3 氢材料的安全评价 168

6.3.1 候补材料 169

6.3.2 焊接法 169

6.3.3 今后的研究方向 171

6.4 氢能系统的安全性 171

6.4.1 氢能设备及装置的安全性 172

6.4.2 确保氢能系统安全的课题 173

6.4.3 氢能系统的风险管理 173

引用·参考文献 174

7 氢能系统的实现方案 177

7.1 日本及其他国家的氢能导入计划 177

7.1.1 日本的氢能导入计划 178

7.1.2 美国的氢能导入计划 182

7.1.3 欧盟的氢能导入计划 186

7.1.4 日本、美国、欧盟的氢能导入战略的比较 188

7.2 氢能技术开发与实证项目 190

7.2.1 日本的氢能技术开发与实证项目 190

7.2.2 美国的氢能技术开发与实用项目 194

7.2.3 欧盟的氢能技术开发与验证项目 195

引用·参考文献 199

附录 201