[发明专利]用于由水获得燃料气体的膜电催化系统和方法

说明书

本发明涉及一种在常压和常温条件下由水原位生成燃料气体的膜电解方法，不需要运输或者储存，并且这种气体的性质使得其是可用的并且在生产中没有风险，同时适用于家庭和工业应用。

目前的气候变化和世界经济危机具有共同的特征，即缺乏适合于再生能源的有效的科技解决方案。

在过去的世纪中，主要的世界强权与具有丰富石油资源国家发生大规模战争，从而因此导致极度的贫穷和人类的牺牲。今天这些“帝国主义者”战争证明是无用的，因为许多财政和人类的努力可能通过努力寻找到可供选择的适合于再生能源的解决办法。

不幸的是，这种解决办法目前还是有效的。由于惯性，许多强大的发达国家现今仍然在过去的世纪的事件和实践的影响下，为了过度开发现有的化石燃料资源并且在为了找到新的可再生资源的可行解决办法的研究中投入非常少的资本。

氢在化学、电子和空间工业中常常有非常特殊的效果，作为一种适合于运输的清洁能源或者作为产生电能的资源，氢引起权威人士和研究机构以及商业人士的兴趣已经超过三十年。在全世界范围内大量的包括各种学科的研究和开发活动中已经开始并且优先发展针对在安全保险的条件下氢的生产分离、提纯、储存、运输和利用的详细阐述的有效的技术。

下面，我们将介绍若干在全世界普遍存在的并且通过其制备氢气的专利：

-欧洲专利EP1601613A2(国际申请WO2004/071946)，题目是“生产氢气的系统”。根据该专利，该系统在硼氢化钠(NaBH₄)和水之间的化学反应中使用催化剂(例如镍、钴)，生成氢气和偏硼酸钠：NaBH₄+2H₂O→4H₂+NaBO₂。因此，产生的氢气通过膜(例如含氟聚合物)的帮助而分离。有许多发明专利是基于这种原理，在反应原料、结构原料和构成溶液方面有变化。

-英国专利GB2418424(2006年3月29日公开)，题目是“使用Castner反应生产氢气”。设计用作燃料的氢气是通过Castner反应制备的，其中氢氧化钠与碳反应制备出主产物氢气和钠以及副产物碳酸钠。液体钠与对流的蒸汽发生反应，再次产生氢气以及作为副产物的氢氧化钠。然后过氧化钠与水反应并产生氢氧化钠。如此产生的氢气能够与氧气化合而燃烧，生成高压蒸汽，可用于产生电能。可以使用若干种类作为碳，例如煤、焦炭甚至生物材料。对于500MW的电站，每小时需要200吨煤，总理论效率为32％。发生Castner反应的温度约为1000℃。初级氢气用于产生电能并且次生的氢气用于加热反应环境。

-US专利6303009B1，题目是“控制逆反应的氢气发生器”。通过在水电解中引入质子交换膜而实现氢气的制备。在膜的一侧生成氢气并且在另一侧生成氧气。通过流过膜的电流计算气体产量，倘若按照非常高的效率，可设计为连续的电源。该膜并不受制于任何压差并且不需要金属网支撑，与之前这种类型的其他溶液中生产相比更持久耐用。几个电解单元可以串联连接。制得的氢气非常纯，仅仅被水蒸气污染。电解反应在低温(优选低于10℃)下进行，热量转换器用于带走反应过程中产生的热量(从而降低水蒸气的污染)。

-USA专利US6257175B1，题目是“用于为内燃机生成氧气和氢气的装置”。使用车辆的电解系统产生的氢气和氧气可以用于车辆的内燃机从而为电解过程提供动力。仅当发动机工作时该过程是活动的而当发动机关闭时该过程停止。氢气和氧气单独收集并且通过单独的管道输送至发动机的分配系统。使用的水全部在蓄水池中并且其中的水平面保持不变。使用蒸馏水，并且在其中加入氢氧化钠或者类似的电解质。对于电极优选使用钛，但是不锈钢或者其他金属同样也可以使用。

-欧洲专利EP0405919A1(1991年1月2日公开)，题目是“水驱动的内燃机”。通过在车辆的甲板上水电解获得的气体氢注入发动机的燃烧室中用作内燃机的燃料。使用发动机产生的电流为电解过程提供电流。氢首先与饱和的干燥蒸汽混合，这样导致燃料在低温下发生并且处于容易控制的方式中。该发明适合用于固定的装置中以产生电能。电解过程中使用“离子水”，即含有离子的水(例如在蒸馏水中溶解盐而制备的水，如浓度为30g/l的NaCl)以增加其电导性。

已知的另一方法是煤的电化学气化，这是复杂的、昂贵的方法，其副产物是例如：灰烬、焦油和硫化合物。

在迄今已知的全部例子中，从水中产生的氢经历一系列昂贵的操作，例如液化和储存，这使得其无法在家庭和工业中应用。同时，由于存在爆炸的危险，水电解产生的H-O的混合物公知是一种可应用性很差的气体。