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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