氫燃料與氫能源清潔汽車應用現(xiàn)狀

氫作為二次能源來源廣泛，也算得上是“地球村”最為豐富的資源。它不僅可以來源于化石能源的工業(yè)副產(chǎn)品，還可以通過太陽能、風能、潮汐能等不穩(wěn)定供電的可再生能源電解水制氫，還可以從煤氣、天然氣、細菌分解得到，可以回憶一下，我們在中學化學就有實驗室測試過將氫氣電解，點燃冒著藍色火焰的場景，其實它更重要的是“可再生”和“重復利用”。

目前氫的制備主要有水、生物、石化燃料制氫。氫能源的轉(zhuǎn)化效率比石油高出10倍之多，目前，汽車領(lǐng)域氫能源的使用主要是通過燃料電池和氫氣發(fā)動機。可再生能源制氫是可預見性的燃料發(fā)展的最高點，所以現(xiàn)在的車企都要造氫能源車，氫能源具備下面幾個特點。

一是自然界存在最普遍的元素，氫氦鋰鈹硼碳氮氧氟氖，念一遍，氫排第一，量子小但是數(shù)量多。除空氣中含有氫氣外，它的主要化合物的形態(tài)存儲于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。據(jù)科學家推算，如把海水中的氫全部提取，它所產(chǎn)生的總熱量比地球上所有化石燃料放出的熱量還大9000倍。

二是除核燃料外，氫的發(fā)熱值是所有化石原料、化工原料和生物燃料最高的，為142.35千焦/公斤，是汽油發(fā)熱值的3倍。

三是燃燒性能好，點燃快，體積分數(shù)占3%-97范圍內(nèi)均可燃燒。

四是無毒，與其它燃料相比，燃燒最清潔，除生成水和氮化氫外，沒有內(nèi)燃機燒汽油還燒出一氧化碳、二氧化碳、烴類化合物、粉塵顆粒物等等對環(huán)境有害物質(zhì)，少量氮化氫經(jīng)過處理，又變成氮氣和氫氣，生成的水繼續(xù)循環(huán)使用。

五是利用形式多，既可以通過燃燒產(chǎn)生熱能，在熱力發(fā)動機中產(chǎn)生機械功，又可以作為能源材料用于燃料電池，或轉(zhuǎn)換成固態(tài)氫用做結(jié)構(gòu)材料。

氫作為發(fā)動機燃料目前仍存在一些問題，由于氫的燃燒速度快，易產(chǎn)生早燃，進氣管回火。氫的能量密度低，無論采用低溫液化、高壓壓縮，還是其它金屬吸附的方法，燃料及附加設備的質(zhì)量和體積都比較大。另外就是氫的制造成本目前比較高，太陽能制氫的成本是汽油的100倍，如果有先進的制氫設備面世，太陽能的高效廉價利用，燃料電池技術(shù)進步，儲氫技術(shù)的突破，我們將會有大量的氫作為能源的動力機械，不僅限于汽車。

氫能源在汽車行業(yè)中的應用，包括了發(fā)動機、制氫技術(shù)、儲運方式三個重要環(huán)節(jié)。

利用氫能源的車用發(fā)動機主要有兩種：氫燃料發(fā)動機和燃料電池發(fā)動機。氫燃料發(fā)動機分為純氫燃料發(fā)動機和摻氫燃料發(fā)動機。純氫燃料發(fā)動機是通過對現(xiàn)有汽油機進行適當改裝后直接燃用氫氣，氫氣可以在排氣管內(nèi)與空氣預混，也可以直接噴入氣缸行成混合氣體燃燒。摻氫發(fā)動機多多都是將氫作為汽油機的部分代用燃料，摻氫燃燒可以大大改善汽油機的性能和排放污染。目前國六OBD排放在線監(jiān)測系統(tǒng)中，速銳得已經(jīng)服務多家摻氫項目，降低重型柴油車的排放污染，提升燃燒效率。

燃料電池是一種等溫進行，直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、無污染轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。氫氣與氧氣生成水，電子通過外電路做功并構(gòu)成電的回路，依靠電能驅(qū)動汽車，生成的水不稀釋電解質(zhì)，而是通過電極隨反應尾氣排出，只要能保證燃料和氧化劑的供給，燃料電池就可以連續(xù)不斷產(chǎn)生電能。

制氫技術(shù)和儲運方式就不展開了，都是大課題，和我們本身業(yè)務相關(guān)性不強，不展開理解。氫燃料汽車目前使用的內(nèi)燃機是在傳統(tǒng)內(nèi)燃機的基礎(chǔ)上加以修改后可以直接用氫為燃料進行燃燒，產(chǎn)生動力。燃燒的產(chǎn)物只有水和NOx，不會產(chǎn)生顆粒、積炭等，從而大大減少了發(fā)動機的磨損和減輕潤滑油被污染的程度，是目前發(fā)動機最清潔的燃料。但其效率低，大約只有38%左右，且由于氫燃料熱值高，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤旌忘c火范圍寬等特點，氫燃料發(fā)動機容易出現(xiàn)早燃、回火、敲缸、發(fā)動機熱負荷高等情況。燃氫汽車不會污染環(huán)境，是一種友好的綠色交通工具。

近年來隨著燃料電池制造技術(shù)的提高，成本的降低，同時也迫于保護環(huán)境的壓力，車企大佬們布局了氫燃料電池在汽車上的應用研究。車用的氫燃料電池主要是質(zhì)子交換膜燃料電池，其利用氫和氧發(fā)生電化學反應而不是通過燃燒產(chǎn)生電，生成水，整個過程清潔無污染且高效，易操作，是未來交通工具的主要動力。隨著各國各公司對燃料電池的巨額投入和關(guān)鍵技術(shù)的不斷突破，燃料電池汽車必將取代內(nèi)燃機汽車，從目前電動汽車來看，電動汽車也將長期存在。

為什么這么說呢？

氫作為汽車能源發(fā)展的制約因素還有如下三點：

一是高成本。氫能的獲得、制取過程中要耗費大量能源，如不可再生資源、電能、核能等；作為氣體燃料，它的儲存、運輸成本也是非常高昂；目前國內(nèi)加氫站的基礎(chǔ)設施還不多，全國加起來也就幾十個，這些基礎(chǔ)設施的建設需要很大的投入。

二是安全性。氫氣密度小、容易著火和氣化，因此在氫氣的制取、儲存和運輸過程中都可能面臨泄露和爆炸的危險。而現(xiàn)在的技術(shù)條件也無法保證氫氣在不同狀態(tài)下的性能。

三是制氫有污染。它本身是轉(zhuǎn)換能源，目前有兩種方式獲得氫氣，一是電解水，二是天然氣重整。方法一世界絕大部分地區(qū)最廉價的電力是靠燒煤獲得，如果采用電力能源來來電解水，會增大二氧化碳的排放；方法二天然氣和水蒸氣反應除了生成氫氣外，也會生成二氧化碳。所以，使用氫能源車本身不排放二氧化碳，但是制氫過程釋放的二氧化碳可能比傳統(tǒng)汽油發(fā)動機釋放的更多。

為了緩解石油資源緊缺帶來的壓力，各國政府和相應的機構(gòu)在氫能源利用方面都制定了積極的政策和投資計劃，世界能源巨頭也積極參與了氫能的研究和利用。

速銳得科技在氫能源領(lǐng)域，于2017年就開始針對豐田氫能源汽車Mirai進行整車控制策略的研究，這個車全球比較罕見，看上去像是改裝型的氫能源車，大體價格在300多萬零部件通用化程度很高，尺寸比奧迪A6還要大一點，主要是氣罐占了不少的空間，第一代續(xù)航說有500多公里，實際在450多公里左右，由于加氫站點少，加氫比較麻煩，有加氫5分鐘，路上2小時的說法。但是豐田氫能源汽車Mirai是具備規(guī)模化、商業(yè)化、技術(shù)相對成熟的車型，在氫燃料電池車的方面奠定了堅實的基礎(chǔ)和行業(yè)先驅(qū)地位。