氫氣可以作為汽車能源嗎,為什麼?

癲帥123


目前氫氣作為汽車能源的方式有兩種,一種是氫氣作為燃料供內燃機燃燒,就是氫內燃機;一種是氫燃料電池,作為電動車的能源供電。各大車企一直都在進行相應的研發,但是氫內燃機由於種種難點,難以大批量應用到實車上。

氫內燃汽車(HICEV)是以內燃機燃燒氫氣(通常透過分解甲烷或電解水取得)及空氣中的氧產生動力,推動的汽車。就現在的技術存在很多難點。

1.氫氣的來源問題。

現在的氫氣主要來源是通過電解水和烴類如甲烷的分解來獲得,這兩種獲得方式,前者需要大量的電能,能量從電能到氫氣再到燃燒,損耗很多,不如直接使用電能更划算,後者需要時間,也需要消耗能量,這對於能量的利用率是不合算的。以目前的的制氫技術,想要大量獲得氫氣是比較困難的,所以不能提供大量。從能源的有限性,考慮到制氫的能耗再到氫氣利用是的損耗,大量使用氫氣不合適。

2.氫燃料的存儲。

用於車輛燃料用途的氫氣,其隨車儲存的方法須符合安全、佔體積小、容易添加等要求。主要實用方法有:液氫儲存、金屬氫化物儲存、有機液態儲存等。

氫氣是一種極易燃燒,無色透明、無臭無味且難溶於水的氣體。氫氣是世界上已知的密度最小的氣體,氫氣的密度只有空氣的1/14,即在0 ℃時,一個標準大氣壓下,氫氣的密度為0.0899 g/L。氫氣的性質決定了氫氣的安全性、氫氣的壓縮存儲運輸都存在了重重難點。如何在常溫甚至車輛運行比較熱的時候保證氫燃料的安全性,以及氫燃料的小體積大量隨車攜帶方法是需要研究的。

3.成本方面。

氫燃料汽車被高成本約束。煉廠現在大多用天然氣制氫,每噸成本在8000元至10000元,這一成本對於煉廠來說相對較高,用到整車領域成本就更高。以百公里來衡量,現在氫燃料汽車的能源成本比燃油車還要高。

4.氫能發動機。

現在各大企業都在不斷進行氫燃料發動機的開發。一般情況下發動機正常運行的情況下最高熱效率也只有40%左右(在很多工況下是低於30%的),寶馬氫燃料內燃機的研究結果最終的熱效率也只達到了42%。再加上氫氣的難存儲,這就會造成氫內燃機的續航成為一大問題。

其實,氫內燃機燃燒氫氣也會有有害氣體排放其實,氫內燃機在燃燒氫氣時,燃燒產物除了水蒸氣是會排放有害氣體排放物的,主要是NOX氮氧化合物的。這因為空氣中包含氮氣,在三元催化作用下還是可以產生氮氧化物的,並不是理論上的沒有任何汙染。

5.加氫站的設立。

在氫能源領域,能源管理體系和運行體系非常重要,對於氫能基礎設施建設,應該抓在前面。而加氫產業佈局,是對氫能源應用的最大限制環節。相比加油站和充電站,加氫站的安全性要差,而且設立成本和日常維護成本高很多,大量設立的消費著實是高很多。

氫燃料電池顧名思義是使用氫能來製造成的儲存能量的電池,原理是電解水的逆反應。它的最大優勢在於對環境沒有汙染,通過電化學反應來提供能浪,並且循環過程也不產生有害物質排放;無噪音,燃料電池運行安靜,噪聲大約只有55dB,相當於人們正常交談的水平。能量利用效率高,發電效率可以達到50%以上。截止目前國內已經有40多家整車企業和汽車零部件企業在佈局和投資燃料電池汽車。

當前,國內氫燃料汽車主要應用於長途車、商用車等領域。

1.由於乘用車對燃料電池的技術和能量密度要求高,對燃料電池系統與整車匹配性也是高要求。當前,國內不在乘用車領域佈局氫燃料電池主要還是因為技術上的差距。

2.高成本。國內車用燃料電池電堆的體積比功率均在每立升2千瓦以下,國際已大於3千瓦,因此電堆成本遠高於國際水平。再加上關鍵材料與部件的進口導致車用燃料電池系統很貴,整車造價高。氫氣供給產業鏈的缺乏導致加氫站的氫價高,有的達到每公斤60元至70元。這使得目前氫燃料電池車的運行費用比燃油車、純電動汽車都高。

從當前的發展狀況來看,車用氫燃料電池關鍵核心技術,以及制氫、儲氫、加氫等核心技術仍然面臨著一定難點,距離大規模的產業化應用還有一段距離,從長遠來看,仍需考慮電池回收利用難題的純電動汽車來說,效率高、零汙染、真正實現清潔能源的氫燃料電池汽車似乎是一種更好的選擇。

以上。


鯨魚Auto


現在大家討論的最多的是鋰電池電動車,其實還有一種能源被大家所忽略,就是氫能源。

談到氫燃料汽車,不得不提MIRAI

2014年,日本豐田公司就跳過了鋰電池,直接開發了氫燃料的汽車MIRAI。

Mirai使用了液態氫作為動力能源,液態氫被儲存在位於車身後半部分的高壓儲氫罐中。Mirai所使用的聚酰胺聯線外加輕質金屬的高壓儲氫罐可以承受70MPa壓力,並分別置於後軸的前後。液態氫添加的過程與傳統添注汽油或者柴油相似,但對於安全性和加註設備具有獨立的安全標準。充滿Mirai的儲氫罐大約需要3-5分鐘,在JC08工況下,Mirai的氫儲量可以支持700公里續航里程。減壓後的液態氫進入位於乘員艙下方的燃料電池中,氫原子在燃料電池陰極上的反應,釋放電子從而產生電能。

Mirai 全球最大的汽車廠商豐田,把首輛量產的氫燃料電池車Mirai的鑰匙,交到了日本首相安倍晉三手中。新車型首款車主同樣都代表了車型的形象,豐田氫燃料電池新車找安倍代言。

國內發展現狀

早在2004年,出身清華大學的國家級高新技術企業北京億華通科技公司,開始參與國家氫燃料電池汽車的相關科研項目,2006年,億華通與福田汽車聯合承接了國家863計劃節能與新能源汽車重點項目中氫燃料電池電動客車的研發;2008年,雙方共同推出3輛氫燃料客車為北京奧運會的賽事做接待服務工作;2010年上海世博會期間,上述3輛氫燃料客車和同濟大學的與上汽合作的3輛申沃氫燃料客車參與示範,2010年新加坡青奧會期間,海格和億華通合作的1輛氫燃料客車參與示範。


據統計,迄今為止,國內具備燃料電池汽車生產資質的企業有宇通客車、福田、申龍客車、中植汽車、金龍客車、東風、飛馳客車、奧新、上汽集團、上汽大通、南京金龍、青年汽車、蜀都客車,共13家。

加氫站稀少是發展阻礙

之所以目前運營中的氫燃料車大多為大巴客車和物流車,最主要的原因是加氫站較少。所以只適合跑固定路線的客車和物流車。

截止2018年2月份,我國已建成及在建的加氫站共有31座,正在運營的僅有12座,分別位於北京、上海、江蘇、大連、安徽、河南、廣東、成都等地,雖然全國各地很多城市也都在規劃建設加氫站,但是整體還未形成規模(附國內加氫站統計情況表)。

附表:國內加氫站統計情況表

結論

氫能源規模化應用面臨著幾大考驗。首先是常溫常壓下氫的儲存及運輸,其次如何改善氫燃料電池的效率、成本和壽命問題,另外還有加氫站的建造成本是建普通充電樁成本的十幾倍。

相信隨和技術的提升,氫能源的發展的問題都將被一一解決。


熊貓愛飛行


今天我們來看看另外一種電池——氫燃料電池,氫燃料電池顧名思義就是使用氫能作為能源補給,而且氫燃料電池是真正的無汙染電池,主要產物是水,沒錯就是我們喝的那種水。

原理?氫燃料電池可以理解為電解水的逆反應,教授早就知道您不瞭解電解水了,所以特意為您列方程式

水經過電解,分解成氫氣和氧氣,而氫燃料電池是反著來,所以說,氫氣加氧氣通過催化劑等一系列操作合成獲得的就是水,合成水的時候,需要有電子流動,從而產生電能。分別給陽極和陰極通入氫和氧,氫通過陽極向外擴散和電解質發生反應後,放出電子通過外部的負載到達陰極。

此外,氫燃料電池的能量密度是普通三元鋰電池單體的百倍有餘,從表格上看,氫氣的能量密度最高達到143MJ/Kg,比傳統的煤和汽油都要高出3-4倍。除了能量密度以外,氫燃料電池的環保性也是其重要優勢之一,例如傳統的汽油燃燒會產生一氧化物和二氧化物,而氫燃料是不含碳元素,燃燒以後只會產生水,所以對於環境來說,氫能源也有足夠的優勢。此外,燃料電池的車輛能量轉化效率高達60-80%,而目前最頂尖的汽油發動機的熱效率僅僅為41%,所以氫燃料電池有著傳統能源不能比擬的優勢。

在上海車展上,格羅夫集團有幾款概念車,其中包括兩款SUV車型歐思典及歐思典運動版,還有一款運動轎跑格蘭尼,品牌取自燃料電池發明者威廉·格羅夫,意在致敬先驅。宣稱使用氫燃料電池,到底這幾輛車是否能夠打破如今新能源車的局面?

格蘭尼,定位於中型運動轎跑,整車設計與賓西法利納公司合作,對於真正量產版車型意義在於宣揚自己的設計元素為主;而歐思典和歐思典運動版則開放了預售價格,預售價為75-100萬元起。

如果說格蘭尼是概念車,彰顯自己的設計元素,那麼歐思典則是將概念量產的最好證明,同時也看到了他們的在設計、量產方面的執行力,歐思典上的分離式中康以及科幻的設計,是不是能夠打動消費者?氫燃料電池後續問題該如何解決?過於高昂的售價消費者是不是會望而卻步?這一系列的問題都需要格羅夫車廠在未來車輛上市以後,亟需給予消費者答案的問題。

作為氫能源的先行者,豐田量產的第一輛氫能源車,可以實現加氫3-5分鐘,續航達700km的需求,幾乎可以做到跟汽油車相同的能源補給時間下,相同的續航里程,聽起來是不是很誘惑?

既然氫能源那麼好,為什麼路上還沒有氫能源的汽車?

首先,一輛汽車上路絕不僅僅只有自己一輛車的事情,想要便利,快捷地使用起氫能源,必然涉及到氫氣的製取,運輸,加氫站,補充氫時的規範操作等等一系列背後的保障,燃料電池系統需要的電極板、電解質、交換膜、催化劑、擴散層等等一系列的部件也需要祖國強大的工業後盾作為保障,如果沒有足夠的保障,氫燃料車只能是實驗室產品。

此外,目前主流的制氫方法有:煤制氫,氯鹼副產物制氫,電解水制氫等等,相比之下電解水制氫時最科學也是最環保的方法,反應物沒有其他的物質產生,但是電解水也需要電能,同樣是需要消耗電,如果初始能源是風能或太陽能還好,如果是其他化學能轉化為電能再製取氫氣,這樣做相對雞肋。

此外,加氫站的佈置也需要能源補給方或者石油公司大量的資金,由於加氫站的佈局與傳統的燃油站並不相同,所以加氫站的佈局也不能一蹴而就,需要大量人員的培訓以及講解,達到使用起來風險最低。並且氫氣為氣體,體積密度小,給儲存和運輸也帶來了很大的困難,安全性也是運輸過程中需要考慮的一個重要因素。

新能源電動汽車補貼退坡的背景下,國家對於燃料電池的補貼進一步提升,有助於車企對氫能源汽車的研發,長城汽車在區間就宣佈進軍燃料電池車,預計2020年推出首款車型。國外方面有日本廠家豐田、本田作為先行者,為我國氫能源汽車留出足夠的學習方案,進一步降低我國氫能源汽車研發的歷程,雖然目前三元鋰電池還是主流能源儲存方案,但是兩者的環保等問題不容忽視,而氫能源作為新能源的一員,在理論和技術上的突破都是值得期待的,可以說,氫能源的未來是光明的,同時也是積極的。


玩車教授



21世紀,這些年吧,環境汙染,節能減排讓鋰離子電池,氫燃料電池逐漸走進大家的生活,但是目前鋰離子電池使用較多,更為普遍,技術稍稍成熟與燃料電池,氫燃料電池汽車還處於研究階段,不過各個研究單位的樣品車都已經建立雛形。


氫燃料電池工作原理圖

說一下新能源都有那些吧,他是能量存儲與轉化領域的一個分支之一,包括光催化,二氧化碳電催化還原(近期研究較火的課題),鋰離子電池,燃料電池,鋰電池,析氫反應,吸氧反應,所以氫燃料電池才是未來汽車產業發展的方向。
氫燃料電池汽車在《國家創新驅動發展戰略綱要》《中國製造2025》《汽車產業中長期發展規劃》等重要戰略中都提到未來要大力發展,這就意味著氫燃料電池車已經迎來風口,國家推出利好政策,各種補助政策,未來的發展趨勢還是很明朗的。


儲能材料


氫可以作為汽車能源。但是氫的來源並不環保,如果用化石燃料製取氫氣,會產生二氧化碳,不能零排放,如果風電水電直接給純電動車充電效率可達90%。若是先電解水制氫,再壓縮到700大氣壓運輸到充氣站,再加註到燃料電池車裡,氫再轉換成電驅動車,這三個環節會損失80%的電能,只有20%的電用於驅動車輛,效率遠不如純電動車。

至於廢舊電池問題,其實現在的氫燃料電池車也是靠動力電池驅動的,氫燃料電池只是負責充當增程器給動力電池充電,所以電動車有的缺點,氫燃料電池車都有。

之所以氫燃料電池無法單獨驅動車輛主要有以下原因:1、氫燃料電池正常工作溫度是80度不是常溫,所以不論冬夏都需要預熱,這就必須用到大容量電池。比如日本的MIRAI預熱時間是5分鐘,夏天可能短一些,要想冷車啟動就走,必須靠動力電池驅動車輛。2、氫燃料電池排放的是純淨水,在冬季環境溫度低於0度就有結冰堵塞排水管道的風險,所以需要電池來加熱排水管同時給燃料電池保溫,即便如此氫燃料電池車的最低工作溫度也有一個下限,比如MIRAI是-30度。但由於低溫下氫罐裡氫氣密度增加,所以續航里程並不會明顯下降。3、氫燃料電池無法回收動能,因為氫燃料電池裡的氫氣只能從高壓(70MPa氫罐)流向低壓(0.1MPa的燃料電池),不可能從低壓流向高壓,所以需要藉助動力電池回收剎車動能。


軍迷愛軍


氫能源汽車是人類未來最終的新能源,等將來受控核聚變大規模商業化了以後,氫能源才能大規模普及,現在只能小規模試用摸索經驗也可以的。


老邵AAA


國內有個在水箱裡直接製作氫氣的氫燃料電池新能源汽車公司。

用特殊的鋁合金與水發生反應制造氫氣,避免了氫氣儲運的各種隱患。

具體進展大概是已經在中試了,快進入量產了。

這是個新能源汽車行業的驚雷,可惜知道的人太少,關注的人太少。

缺點是冬天水箱結冰也麻煩,鋰電池也有冬天不怕冰雪的優勢。

不同的電動汽車技術路線各有千秋。


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