发酵法生物制氢技术..
生物制氢技术现状及其发展潜力
生物制氢技术现状及其发展潜力引言：随着人类对清洁能源需求的不断增加，生物制氢技术作为一种潜在的可再生能源解决方案，备受关注。
本文将探讨生物制氢技术的现状以及其未来的发展潜力。
一、生物制氢技术的现状1. 生物制氢技术的基本原理生物制氢技术是利用微生物通过发酵过程产生氢气。
这些微生物可以利用有机物质，如葡萄糖或纤维素等，通过酶的作用将其转化为氢气和二氧化碳。
这一过程被称为发酵产氢。
2. 目前已知的发酵产氢微生物目前已知有多种微生物可以用于发酵产氢，包括厌氧菌类、光合菌类和产氢细菌等。
这些微生物具有不同的特性和适应环境的能力，可以在不同的条件下产生氢气。
3. 生物制氢技术的优势和挑战生物制氢技术相比传统的化学制氢方法具有以下优势：可再生、清洁、低碳排放。
然而，生物制氢技术也面临一些挑战，如微生物的培养和维持、产氢效率的提高以及废水处理等问题。
二、生物制氢技术的发展潜力1. 生物制氢技术在能源领域的应用前景生物制氢技术可以用于替代传统的化石燃料，成为未来能源的重要来源之一。
利用生物制氢技术产生的氢气可以用于发电、交通运输等领域，实现能源的清洁和可持续发展。
2. 生物制氢技术的创新和改进随着科学技术的不断进步，生物制氢技术也在不断创新和改进。
研究人员正在开发新的微生物菌株，改进发酵产氢的效率和稳定性。
此外，一些新的方法和技术，如基因工程、微生物群落工程等，也被应用于生物制氢技术的改进中。
3. 生物制氢技术与其他能源技术的结合生物制氢技术可以与其他能源技术相结合，形成多能源系统。
例如，将生物制氢技术与太阳能、风能等可再生能源相结合，可以实现能源的互补和稳定供应。
4. 生物制氢技术在环保领域的意义生物制氢技术的发展不仅可以解决能源问题，还可以减少环境污染和温室气体排放。
生物制氢技术可以将废弃物和废水转化为有用的能源，从而实现废物资源化和环境保护的双重目标。
结论：生物制氢技术作为一种可持续发展的能源解决方案，具有巨大的发展潜力。
有机废水发酵法生物制氢技术资料
2）系统运行PH的变化规律
氢离子浓度与微生物的生存有密切的关系,整个胞外酶和胞内 酶的稳定性均在一定程度上受到它的限制。反应器启动后,含 有大量溶解性碳水化合物的废水进人反应器,由于碳水化合物 发酵产生的有机酸(特别是乙酸)的积累,使系统内pH值在5d内 迅速下降到4.0以下,但是随着系统缓冲能力的增强,pH值出现 逐渐升高的趋势。在反应器运行到25d时，各格室的pH值均上 升到4.2以上,在此之后的30d运行过程中,系统表现出良好的稳 定性,尽管进水pH值在5.5~7.0之间频繁波动,但系统出水的pH 值始终维持在4.2~4.4这一有限范围内。
四、产酸发酵菌群的产氢机理
大分子有机物（碳水化合物、蛋白质、脂肪 等） 1水解阶段 细菌胞外酶
水解的和溶解的有机物 2酸化阶段 有机酸、醇类、醛类等 产酸细菌 2酸化阶段 H2、CO2
3乙酸化阶段
4甲烷化阶段 乙酸 甲烷细菌
甲烷细菌
4甲烷化阶段 CH4
五、厌氧折流系统制氢的实验室研究
1982年,美国Stanford大学的教授针对传统有机废水厌氧生物处理
物,对此模型反应设备的启动、出水pH、碱度、氧化还原电位(ORP)、产
氢速率、液相末端发酵产物[如乙醇和挥发性脂肪酸VFAS等]的变化规律 作了研究,初步确定了此模型的最佳工程控制参数。
ABR各个隔室中微生物相是随流程逐渐递变的，递 变的规律与底物的降解过程协调一致，从而确保相应 的微生物拥有最佳的代谢环境和代谢活性。ABR的推流
一株发酵产氢细菌。
2、发酵法生物制氢的优势
发酵法生物制氢的产氢稳定性好
发酵产氢细菌的产氢能力高
制氢成本低
发酵细菌的生长速率快
微生物不同，其产能方式也不同。由于细菌种类的不同及生化反应体系 的生态位存在着很大的变化，导致形成不同特征性的末端产物。根据末 端发酵产物组成，可以将发酵类型分为三类: (1)丁酸型发酵产氢 (2)丙酸型发酵产氢 (3)乙醇型发酵产氢
生物制氢技术.、看
4 . 暗发酵生物制氢技术
3 研究气体快速分离技术，减少因氢、二氧化 碳分压增加抑制产氢速率———膜技术的使 用；
4 防止因一氧化碳积累对PEMFC的毒害；
5 诱变高产氢能力的菌株；
6 优化反应器的设计—如固定床的使用
结语
• 生物制氢是世界各国发展氢能的一个重要 项目，具有战略性的意义，虽然目前，其 工艺还不完善，难以用于实际生产，但由 于它有着其它能源所无法取代的优越性， 相信不久的将来它将成为世界能源的一个 重要支柱。
4、微生物暗发酵及CO-水气转换制氢的总况
• 相对与光合微生物制氢，暗发酵体系和CO水气转换系统具有较强的实际运用前景
• 目前以葡萄糖，污水，纤维素为底物并不 断改进操作条件和工艺流程的研究较多。
• 我国也在暗发酵制氢上取得了一定的成果
• 采用细胞固定化技术，可以实现稳定的产 氢与储氢。
• 但为保证较高的产氢速率，实现工业规模 的生产，还必须进一步地完善固定化培养 技术，优化反应条件，如培养基的成份、 浓度、PH等。
• 过去是用化学的方法进行水气转化
• 现在出现了利用微生物进行水气转化的方 法
• 目前己发现两种无色硫细菌Rubrivivax gelatinosus和Rubrivivax rubrum能进行 如下反应 ：
• CO(g) +H2O(l) CO2(g) +H2(g)
• 这提供了利用合成气转换制氢的新途径
（3）光发酵产氢
有机物 光能异养型微生物
光能
氢气
特点：利用光能分解有机物，并产 生氢气
原理
• 此类微生物无PSII光合系统，无法利用水 来产生氢离子。
• 它们而是利用光能将有机物分解，产生氢 离子和高能电子。产氢酶再利用这些中间 产物和ATP来产生氢气。
生物质制氢技术在可再生能源领域的应用
生物质制氢技术在可再生能源领域的应用随着全球能源需求的不断增长，对清洁、可再生能源的需求也越来越高。
生物质作为一种可再生能源，其利用价值得到了越来越广泛的认可和应用。
在生物质能源的研究领域中，生物质制氢技术是其中重要的一个分支，也是广受关注的研究领域之一。
本文将介绍生物质制氢技术在可再生能源领域的应用现状和前景。
一、生物质制氢技术的原理生物质制氢技术是指通过生物质颗粒、液体或气体作为原料，利用生物发酵、生化反应等技术，产生氢气的一种方法。
生物质制氢的原理与生物质能的原理相同，都是利用生物质中的碳水化合物和有机物质，在不断的代谢过程中，释放出氢气。
目前主要的生物质制氢技术有生物法制氢和热化学法制氢两种。
生物法制氢是指利用生物细菌进行发酵反应，产生氢气的一种方法。
在这种方法中，生物细菌可以利用生物质中的有机物质，通过发酵反应产生氢气，并将有机物质转化为水和二氧化碳等化合物。
这种方法不仅可以利用廉价的生物质作为原料，而且产生的氢气还可以用于能源领域和工业领域等其他用途。
热化学法制氢是指利用高温高压条件下，将生物质或其衍生物转化为气体，然后以气体的形式，产生氢气的一种方法。
这种方法的原理主要是利用生物质在高温高压条件下，会经历一系列化学反应，产生气体，其中就包含大量的氢气。
这种方法的优点是可以利用各种类型的生物质作为原料，而且产出的氢气质量高，利用效率也比较高。
二、生物质制氢技术的应用现状目前生物质制氢技术已经被广泛应用在能源领域和工业领域等多个领域中。
其中，能源领域的应用是其主要的应用领域之一。
生物质制氢技术能够将廉价的生物质转化为高品质的氢气能源，因此在氢能源领域中具有广泛的应用前景。
生物质制氢技术在能源领域中主要的应用形式包括：生物质气化制氢、厌氧发酵法制氢、光合作用产氢等。
其中，生物质气化制氢是一种非常成熟的技术，被广泛应用于氢能源领域中。
这种方法可以利用各种类型的生物质作为原料，通过气化反应，将生物质转化为氢气能源。
厌氧菌发酵生物制氢技术试验分析
厌氧发酵生物制氢越来越得到人们的关注和重视，与传统的制氢 方法相比较而言， 生物制氢技术对环境无污染 ， 且能耗低。目 前， 人类面 临的两大难题是环境污染与能源的不断减少。作为比较理想的载能体 ， 氢气能够替代传统化石能源， 它被广泛应用于玻璃 、 电子 、 冶金 以及食 品中。 氢气对环境没有污染， 水是其唯一的燃烧产物 ， 且燃烧值高。 其中， 通过分解或者电解， 水被生成氢气， 氢气洁净燃烧、 热密度大 ， 被公认为 可再生 、 高效 、 清洁的最具潜 力的可再 生绿色能 源。在十九 世纪 ， 人们发 现藻类 和细菌能够 产生分子氢 。随着社会 发展 和时间 的推移 ， 人 类才逐 渐开始 了各种生 物氢技术 和生物氢 来源 的研究 。根据选用 的微生物 、 产 氢底物的不同， 生物制氢的方法也各异。我们把制氢的方法分为 ： 厌氧 发酵制氢、 光合细菌制氢、 绿藻和蓝细菌制氢三种。其中， 厌氧细菌在厌 氧、 黑暗条件下分解的有机物产生出氢气 ， 我们将其称之为黑暗发酵产 氢或 者厌氧发 酵产氢 。 厌 氧发酵制 氢的优点是 其反应器 的设 计简捷 、 简 单， 产 氢的速 度快 。它采用 了产氢菌 厌氧发 酵 ， 可 以利 用废 弃有机 物 和 再 生资源进行 生产 。 １厌 氧菌发酵生 物制氢 直 以来 ， 人 们对厌 氧发 酵制氢 的基本原 理 的研 究具有 很高 的热 情， 因为新创造和新思路的实现必须依据发酵制氢的原理。废品、 垃圾 等废弃物作为厌氧发酵的底物是常见的原料。厌氧发酵底物范围的广 泛 是能更有效 地制氢 的前 提 。 葡 萄糖在发酵 的过程 中的碳 源 ， 它生产 出 氢气、 丁酸与乙酸。经过丙酮酸脱羧作用， 产氢细菌直接产氢， 其方式可 分为两种 ： 一是肠 道杆菌 型 ， 丙酮 酸脱羧 后形 成 的 甲酸部 分或 全部分 裂 解 转换为 Ｈ 与Ｃ Ｏ ： ， 甲酸裂解产生 Ｈ 的过程如 图 １ 所示 。
生物质制氢技术的研究现状与展望
一、引言在当前全球能源形势严峻的背景下，生物质制氢技术作为一种可持续发展的新型能源技术备受关注。
本文将对生物质制氢技术的研究现状和展望进行深入探讨，帮助读者全面了解这一领域的进展。
二、生物质制氢技术概述生物质是指植物在生长过程中固定的光能，可以通过热化学和生物化学方法转化为燃料、化学品等有机化合物。
生物质制氢技术是利用生物质资源生产氢燃料的技术，其优势在于可再生、低碳排放和资源广泛。
随着能源危机和环境污染问题的日益突出，生物质制氢技术受到了广泛关注。
三、生物质制氢技术的研究现状1. 生物质气化制氢技术生物质气化是将生物质物质在高温条件下进行分解，生成一氧化碳、氢气等气体。
通过气化反应，可将生物质转化为合成气，再通过水煤气变换反应制备氢气。
目前，生物质气化制氢技术在实验室和工业化生产中取得了一定进展。
2. 微生物发酵制氢技术生物质可通过微生物发酵产生氢气，这是一种相对环保的生产方法。
随着生物技术的发展，一些特殊菌株的应用使得生物质发酵制氢技术逐渐成熟。
生物质发酵制氢技术在实验室阶段已取得了较好的效果，但在工业化应用中还存在一定的技术难题。
3. 生物质光解制氢技术生物质光解制氢技术利用太阳能作为能源，将生物质中的水分子分解为氢气和氧气。
这是一种潜在的清洁能源制备方式，其研究目前处于实验室阶段，尚未进行工业化应用。
四、生物质制氢技术的展望生物质制氢技术具有巨大的发展潜力，但在实际应用中仍然存在许多挑战。
首先是生物质资源的可持续供应问题，需要建立可持续的生物质供应链；其次是高效的氢气生产技术，需要进一步提高生产效率和降低成本；最后是氢气的应用技术，需要配套发展氢燃料电池等技术。
个人观点与理解生物质制氢技术是未来能源发展的重要方向，具有可持续发展和环境友好的特点。
我认为，在今后的研究中，应当优先考虑改进氢气生产技术，并加大对生物质资源可持续利用和环境友好性的研究。
需要政府、企业和科研机构的共同努力，推动生物质制氢技术的实际应用和商业化。
生物质制氢技术的前景与应用
生物质制氢技术的前景与应用随着全球气候变化的日益加剧，人们越来越意识到清洁能源的重要性。
其中，将生物质转换为氢燃料是一种有效的方式。
生物质制氢技术可以提供可再生能源，减少环境污染，降低能源成本，因此成为其中一种主要的清洁能源技术之一。
本文将详细介绍生物质制氢技术的前景与应用。
1. 生物质制氢技术的定义及原理生物质燃烧是目前最基本、最普遍的燃料利用方式之一。
生物质制氢技术是一种将生物质转化为氢气的方法。
其原理是使用热解或生物化学反应的方法将生物质分解为氢气、二氧化碳等物质。
这些反应在一定温度、压力和催化剂存在的条件下进行，通常通过高温热解、微生物发酵或电解等方法实现。
2. 生物质制氢技术的前景生物质制氢技术有着极其广阔的应用前景。
生物质制氢技术可以广泛应用于各种领域，如交通运输、能源储备、热水供应等。
此外，生物质制氢技术还可以用于工业生产，如石油催化转化等领域。
这种绿色能源技术是未来发展的重要方向之一。
3. 生物质制氢技术的应用随着技术的不断进步和环保意识的提高，生物质制氢技术的应用将越来越广泛。
如下是几种主要应用场景：（1）交通运输领域目前，大多数交通工具主要运用石油等化石燃料。
然而，这种传统能源不仅污染严重，而且化石燃料储量受限，价格昂贵。
使用生物质制氢技术可将生物质转化为氢气，作为一种清洁能源用于替代化石燃料，以此提升交通工具的性能和安全性。
（2）能源储备领域生物质制氢可通过将生物质转化为氢燃料以实现能源储备。
使用制氢技术将生物质进行分解和转换，有助于将能源储备转化为最终产品，可以用于发电和转向，使人们在生活中更好地使用清洁能源。
（3）热水供应领域随着城市的不断扩大和人口的不断增加，对于热水的需求也在不断增加。
使用生物质制氢技术将生物质转化为氢气，可以作为生产热水和电力的清洁能源，以此来满足人们生活和生产的需求。
4. 生物质制氢技术的推广为了推广生物质制氢技术的应用，需要扩大生产规模，降低技术成本。
生物制氢的方法
生物制氢的方法1、生物发酵制氢装置2、高效发酵法生物制氢膨胀床设备3、高效微生物制氢及氢能-电能转化一体化装置4、利用农作物生物质制氢及氢能发电装置5、从生物质制取富氢气体的方法和装置6、利用再生资源制备乙炔气体的方法7、串行流化床生物质气化制氢装置及方法8、折流发酵制氢反应设备9、一种利用污水厂剩余污泥厌氧发酵制氢的方法与装置10、有机固态物质的连续式超临界水气化制氢方法与装置11、植物秸秆生物制氢发酵液的制备方法12、一种生物质制取含氢气体的方法13、固体热载体催化气化生物质制取富氢气体的方法14、天然混合厌氧产氢微生物的筛选方法15、利用工业有机废水生物制氢的方法16、使用汽爆植物秸秆发酵制备氢气的方法17、一种海洋绿藻两步法生物光解水制氢方法18、用农业固体废弃物生产氢气的方法19、一种生物质下吸式气化炉催化制氢的方法及其装置20、有机废水处理生物制氢方法与设备21、一种生物制氢发酵液的制备方法22、糖类、蛋白质、有机酸生物制氢发酵液的制备方法23、用垃圾、生物质和水为原料的等离子体制氢方法及设备生物制氢是可持续地从自然界中获取氢气的重要途径之一。
现代生物制氢的研究始于20世纪70年代的能源危机，1990年代因为对温室效应的进一步认识，生物制氢作为可持续发展的工业技术再次引起人们重视。
光解水制氢技术光解水制氢是微藻及蓝细菌以太阳能为能源，以水为原料，通过光合作用及其特有的产氢酶系，将水分解为氢气和氧气。
此制氢过程不产生CO2。
蓝细菌和绿藻均可光裂解水产生氢气，但它们的产氢机制却不相同。
蓝细菌的产氢分为两类：一类是固氮酶催化产氢和氢酶催化产氢；另一类是绿藻在光照和厌氧条件下的产氢则由氢酶催化。
暗发酵制氢技术暗发酵制氢是异养型厌氧细菌利用碳水化合物等有机物，通过暗发酵作用产生氢气。
近年来，采用工农业废弃物若不经过处理直接排放，会对环境造成污染。
以造纸工业废水、发酵工业废水、农业废料（秸秆、牲畜粪便等）、食品工业废液等为原料进行生物制氢，既可获得洁净的氢气，又不另外消耗大量能源。
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三、厌氧折流板反应器（ABR）
ABR反应器是美国 Stanford大学 的Bachmann教授等在厌氧生物转盘反 应器的基础上改进开发出来的一种新 型高效厌氧反应器。通过废水的上下 折流及降解过程中的产气作用，使得 基质与污泥的接触机会及接触时间增 多，提高了反应器的处理效率。
三、厌氧折流板反应器（ABR）
b、处理高浓度废水时，其产气对促进泥水混合的作用占主导地位， 因而对上升流速的控制范围较宽，且可在很低的Vs下运行。故对高 浓度废水，建议采用较长的HRT，以防止因产气作用而造成的污泥流 失，否则须加装填料以减少污泥流失。
三、厌氧折流板反应器（ABR）
3、ABR工艺操作条件的选择 水 力 停 留 时 间 回 流 分 段 进 水 PH 值
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三、厌氧折流板反应器（ABR）
水力停留时间是控制ABR反应器运行的主要参数， 它直接影响了ABR中的COD去除率。
a、对于低浓度废水，建议采用较短的HRT，以增强传质效果，促进水 流混合，缓解反应器后部污泥基质不足的问题。但HRT不宜过短，过 短的HRT容易造成沟流现象，不仅影响处理效果，而且会使污泥流失。
1、工作原理
在反应器内设置一系列垂直的折流挡板使废水 在反应器内沿折流板上下折流运动，依次通过每个 格室的污泥床直至出口。在此过程中，废水中的有 机物与厌氧活性污泥充分接触而逐步得到去除。虽 然在构造上ABR可以看作是多个UASB反应器的简单 串联，但工艺上与单个UASB有显著不同。
三、厌氧折流板反应器（ABR）
三、厌氧折流板反应器（ABR）
当进水COD浓度、进水流量发生变化时,都会对发酵产氢系统造成 冲击.由于CSTR的混合液是均匀的,其抵抗能力基本来自混合液对进 水的稀释作用,很容易引起系统内环境条件的变化，因而会造成产氢 速率的变化。而ABR系统第一格室的污泥床中聚集了悬浮的高密度微 生物絮体，它们与格室内环境相互作用，当水质变化时，该系统可 以通过内平衡机制维持其稳定性，并且第1格室的缓冲作用，保障了 第2、3格室的稳定运行。
2、升流式厌氧污泥床反应器（UASB）
典型的UASB反应器主要包括3部 分：污泥床区、污泥悬浮层区和气 、固、液三相分离器。通过对接种 物的预处理及PH的控制，可以实现 稳定的氢生产。
3、厌氧膨胀颗粒污泥床反应器（EGSB）
EGSB实质就是改良的UASB反应器，2种 反应器内液体上升流速不同。在UASB反应 器中，水力上升流速一般小于1m/h；而 EGSB反应器通过采用出水循环，有较大的 水力上升流速（5～10m/h），使颗粒污泥 处于悬浮状态，从而保持了进水与污泥颗 粒的充分接触，还可以避免反应器内死角 和短流的产生。
表2 两种产氢系统乙醇型发酵的运行特性比较结果
郑国臣等：ABR发酵系统运行特性及产氢效能研究2013
三、厌氧折流板反应器（ABR）
3、ABR工艺操作条件的选择 水 力 停 留 时 间 回 流 分 段 进 水 PH 值
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三、厌氧折流板反应器（ABR）
3、ABR工艺操作条件的选择 水 力 停 留 时 间 回 流 分 段 进 水 PH 值
一、背景知识
生物制氢技术分类：
1、光合微生物制氢
2、发酵法制氢
一、背景知识
理论上发酵细菌利用葡萄糖产氢的最大产量 应为4mol/L，但目前发酵生物制氢的实际产量远远 低于这个数值。规模化发酵生物制氢受多种因素的 影响，例如，菌种准备、培养环境条件、营养条件 和代谢产物抑制等。要实现规模化发酵生物制氢必 须借助生物反应器。同时，高效生物反应器能够保 持反应器中产氢细菌的生理活性和代谢稳定性，实 现连续、稳定和高效的产氢，是实现工业化生产的 技术关键。
在ABR各个格室中的微生物相是随流程逐 级递变的，递变的规律与底物降解过程协调 一致，从而确保相应的微生物相拥有最佳的 代谢环境和代谢活性。ABR的推流式特性可 确保系统拥有更优的出水水质，同时反应器 的运行也更加稳定，对冲击负荷以及进水中 的有毒物质具有更好的缓冲适应能力。 沈耀良等研究表明，ABR较前面的格室 (第1、2、3格室)内，微生物主要进行产酸 发酵过程，而在较后面的格室(第4、5、6格 室)内进行产甲烷发酵和有机物无机矿化过 程。
1、连续流搅拌槽式反应器（continuous stirred tank reactor，CSTR）
CSTR反应器是一种应用 最广泛的连续流发酵生物制氢反 应器之一。实验室内许多重要的 产氢参数都通过CSTR反应器监测 ，如PH、底物浓度、氢含量等。 通常CSTR反应器采用环形通路， 并利用机械涡轮来混合。
• 4、厌氧流化床反应器（AFBR）
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AFBR反应器主要依靠在惰性的填料微粒表 面形成的生物膜来保留厌氧污泥。这些微粒形 成流态化使液体与污泥混合和物质传递。由于 AFBR反应器使用了表面积/体积比很大的载体， 使得厌氧微生物浓度增加。在AFBR反应器中为 了固定化厌氧产氢细菌，常采用凝胶截留、粒 状活性炭和海藻酸钠等固定细菌。
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三、厌氧折流板反应器（ABR）
将反应器出水进行回流是提高反应器水力负荷的常用方法。
2、ABR反应器的优点
表1
工艺构造 设计简单 无运动部件 无需机械混合 建设运行费低 不易堵塞
厌氧折流反应器的优点
生物体 污泥无特殊沉降要求 污泥产率低 泥龄长 无需用填料或沉淀池 不需三相分离器 操作 HRT短 可间歇运行 耐冲击负荷能力强 抗有毒物能力强 可长时间不排泥
三、厌氧折流板反应器（ABR）
有机废水发酵法生物制氢工艺
专业：环境工程
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
主要内容
1
背景知识
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发酵生物制氢反应器的类型 ABR反应器 展望
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一、背景知识
有人将氢气誉为“世界上最干净的能 源”，因为它的燃烧产物只有水。氢气 的燃烧热值高，相同质量的氢气燃烧所 产生的热量约为汽油的3倍、酒精的3.9 倍、焦炭的4.5倍。更为重要的是，氢气 是一种可储存的能源载体。