氫能源汽車時代會到來嗎

丁晟罡

2022年以來，我國油價直線飆升，6月已進入了“10元時代”，車主們紛紛表示要勒緊褲腰帶過日子了。

加快普及傳統能源汽車的替代品，已是迫在眉睫。新能源汽車雖然已經進入大眾視野，然而純電動汽車充電的時間長，受環境溫度限制，鋰電池所不可或缺的鋰元素供應鏈在不久的未來也將面臨短缺，這些都使人擔憂。而在東京奧運會以及北京冬奧會上嶄露頭角的氫能源汽車使大家耳目一新。集零排放、短充電時間、長續航于一體的氫能源汽車，似乎成為新能源汽車中的“新寵”。

氫能源汽車的歷史淵源

法國發明家Francois Isaac de Rivaz于1806年設計了De Rivaz發動機，這是世界上第一臺使用氫氧混合物運行的內燃機。但受當時的技術水平所限，制取氫氣遠比使用蒸汽、汽油等資源復雜得多，氫氣內燃機并未獲得更多發展。

東京都市大學的研究人員從1970年開始研發氫內燃機，先后開發了氫燃料巴士和卡車。

2000年，在美國加州大學河濱分校CE-CERT首席工程師James W.Heffel領導的一個項目中，一輛F1賽車被改裝為使用氫氣運行，它的速度可以達到174千米/時。

在2005年至2007年期間，寶馬汽車測試了一款名為BMW Hydrogen 7的豪車，這款車由氫能源驅動，在測試中達到了301千米/時。

然而，大多數國家對氫能源汽車仍無興趣。

氫能源汽車的優勢和不足

不過，氫能源汽車的開發在最近受到了更多的關注，特別是對于重型商用車。這樣做的部分動機是作為滿足未來二氧化碳排放目標的橋接技術，以及與現有汽車知識和制造更兼容的技術。

氫能源汽車所用的氫燃料電池的優勢主要在于：其電化學反應的副產物只有水，沒有任何溫室氣體或污染物。在陰極，每一個氫分子解離為兩個氫質子，釋放出兩個電子;陽極上，空氣通過管道或導氣板到達陰極，在陰極催化劑（如金屬鉑）的作用下，氧分子和氫離子與通過外電路到達陰極的電子發生反應生成水。同時，氫氣相對安全。氫氧爆炸實驗和氫氣球的爆炸似乎讓大多數人認為氫燃料電池存在極大的安全隱患，但是其工作原理其實只涉及電化學過程，并不會存在點燃的步驟，所以并不會發生爆炸。此外，一旦輸氣管道建好，氫氣很容易被運輸和儲存。作為氣體形式的能源，在管道運輸過程中不用花費過多能源，同時在高壓狀態下，氫氣的體積可輕易縮小至原先的數百分之一。另外，氫氣的熱值較高。由于其極小的相對分子質量，氫氣的能量密度是石油的3倍、煤炭的4.5倍。

然而，對于氫能源汽車也有不同的聲音。特斯拉的首席執行官埃隆·馬斯克就在2015年表示，由于氫氣的生產、運輸和儲存效率低下以及氣體的易燃性等，用于汽車的氫燃料電池永遠不會在商業上可行。誠然，氫氣管道的一次性建設費用特別高，每千米的價格要比天然氣管道貴1～2倍，而且其建設也關乎民意。對絕大部分加氫站來說，由于難以實現規模效應，用管道加氫是不現實的，于是只能采用傳統運輸方式——貨運氫罐。傳統方式所帶來的問題在于拉貨效率十分低下。由于氫氣本身密度極小，即使將壓強加至上千個大氣壓，其運載效率也只有運輸正常貨物的3%～5%，這樣就會造成大量能源的浪費。

此外，還有專家指出，生產氫氣仍然是一個非常耗能的過程，并不環保。目前，制備氫氣的最主流方式是蒸汽甲烷重整，即將甲烷進行炭化處理，使其放出氫氣，再將生成的碳粉與水蒸氣反應，生成一氧化碳并進一步生成氫氣。但此技術中使用的甲烷，大約會有7%泄漏到大氣層，而甲烷分子在較長時間內的溫室效應大約為二氧化碳的25倍。另一種常見方法是電解水，雖然只需要利用電能，但電能又大多來自化石能源，還是避不開大量的溫室氣體。因此，固然氫燃料不會產生溫室氣體，但在制造過程中造成的溫室效應也不容忽視。

氫能源汽車的前景

縱使存在著不足、面臨著挑戰，發展氫能源汽車的腳步也不會停滯不前。我國也已提出了面向2035年氫燃料電池技術系統的發展方向。

由于催化劑鉑價格昂貴，氫燃料電池曾被視為成本無法下降的產品。然而，就在2022年4月，英國倫敦帝國理工學院開發出一種由鐵制成的催化劑，能大大降低氫燃料電池的成本。相信在不久的將來，這項技術就會投入生產。上述氫氣制備、運輸以及儲存的問題也將會有解決方案，只是需要不斷地探索。

若說純電動汽車是一個剛會走路的孩子，那么氫能源汽車還只是一個襁褓中的嬰兒。即使不被看好，氫氣這樣本身近乎完美的新能源，也很有可能在未來大放異彩。

（責任編輯：白玉磊）