氢动力汽车发展如何?

150年前,法国科幻作家凡尔纳预言有一天会出现以氢为动力的燃料电池汽车。氢是宇宙中最丰富的元素。它与燃料电池中的氧气反应,产生电能来驱动汽车。氢气燃烧时排出的尾气基本都是新鲜蒸汽。现在,这些预言都实现了。

法国科幻作家凡尔纳说,汽车工业不仅是推动国民经济发展的支柱产业,也是高消耗、高排放造成环境污染的焦点,尤其是二氧化碳排放造成的温室效应。如果目前的气候变化得不到遏制,后果将不堪设想。随着全球变暖和石油资源的逐渐枯竭,生产更环保、更省油的新能源汽车已经成为未来汽车工业发展的新趋势。清洁能源时代将是继亨利·福特的流水线生产和丰田的精益生产模式之后,世界汽车的第三次革命。

氢动力汽车是以氢气为主要能源的汽车。普通内燃机通常喷射柴油或汽油,而氢汽车使用气态氢代替。燃料电池和电动机将取代普通发动机。氢燃料电池的原理是将氢气输入燃料电池,氢原子的电子被质子交换膜阻挡,通过外电路从负极传导到正极,成为电能驱动的电机。质子可以通过质子交换膜排出,氧化成纯净的水雾,从而有效减少其他燃油车对空气的污染。另一方面,我们仍然面临着最大的能源问题。近年来,以氢为燃料的“燃料电池发动机”技术在国际上取得重大突破,“燃料电池汽车”成为推动“氢经济”的发动机。

近年来,燃料电池汽车的研发规模和长安氢汽车vs比亚迪E6氢能源汽车的商业化步伐之快有目共睹。世界上几乎所有的主要汽车制造商和燃料电池公司都参与了这场竞争,其快速发展和激烈竞争引起了全世界的关注。1965,国外科学家已经设计出一款可以上路行驶的氢动力汽车。中国还在1980年成功制造了第一辆氢动力汽车,可乘坐12人,储存90公斤氢材料。发展新能源汽车不仅是国际汽车公司的企业行为,也是发达国家的重要决策事项,形成了国家、产业、科研、高校的联合创新体系。在汽车新能源的长期研发中,达成了汽车新动力的发展趋势:近期目标是发展传统内燃机和替代燃料汽车的新技术;中期目标是开发混合动力汽车,大幅降低油耗和排放;远期目标是开发实用的电动汽车和燃料电池汽车,用资源极其丰富、完全无污染的氢燃料电池重新定义汽车。目前,燃料电池汽车技术已在美国、日本、欧洲等发达国家和地区出现,并为此类汽车开辟了广阔的消费市场。但从燃料电池汽车的本质来看,发展中国家和地区对此也有强烈需求。例如,中国是推广燃料电池汽车应用的理想地区之一。

2004年5月,北京凯宾斯基饭店前的小展厅里停着一辆银色家用车。车的左车厢和挡风玻璃都拆了,甲板是透明的。从外表上看,这辆车与一般的四座家用车没有什么不同。透过甲板,可以看到两个比煤气罐略小的罐,用来装氢燃料。这两个罐子是用来装氢燃料的。罐子前面有一块像小案板一样的东西,是把氢气转化为电能的装置。这是戴姆勒克莱斯勒公司生产的燃油电动汽车。它最大的优点是排放的只是水,没有任何污染。这种汽车将成为未来人们的主要交通工具。

凡尔纳曾经说过,“水是未来的煤。明天的能源是当前水分解的产物。水分解后释放出的元素、氧和氢,将长期保证地球的能源供应。”如今,凡尔纳的科学预言有望成真,大规模从水中制氢的日子正在临近。从水中提取的氢气将为人类提供无尽的能量。

加氢站现代能源专家将地球上现存的“二次能源”分为“过程能源”和“能量能源”。目前使用最广泛的“过程能源”是电能,使用最广泛的“能量能源”是汽油和柴油。然而,电能不能直接储存。因此,汽车、船舶、飞机等机动性强的耗能动力设备无法直接使用,只能继续消耗汽油、柴油等能源。电池虽然可以储能,但也是间接储能装置,还不是主要能源。人们迫切需要一种充满活力的能量。在苦苦的寻找中,终于找到了氢气,这个隐形的宠儿可以扮演这个角色。科学家甚至预言,氢能将在21世纪成为替代化石燃料的理想能源。

众所周知,机动车燃烧汽油和柴油必须有加油站,而车辆本身储存的燃料非常有限,必须依靠外部补充。试着想象一下,如果你开着一辆氢动力的燃料电池汽车,兴奋地在高速公路上行驶,突然氢气用完了,但是方圆方圆几十公里内没有一家有氢气的加油站,那将是一件多么可怕的事情。可见,作为氢动力汽车推广的配套设施,氢动力汽车加气站既是氢动力汽车产生和发展的产物,也直接制约着氢动力汽车的发展。众所周知,作为汽车企业,生产氢动力汽车的最终目的是实现销售,卖给用户。所以加氢站是决定氢动力汽车最终能否卖出去的重要因素。

事实上,很多研发氢动力汽车的企业早就意识到建立氢动力汽车加氢站的重要性。目前,全球已建成超过130个加氢站。

2003年4月,壳牌石油公司在冰岛的雷克雅未克开设了世界上第一个加氢站,运载氢燃料的巴士开始行驶在冰岛各地。日本经济产业省发起了一项名为“日本氢能和燃料电池示范计划”的项目。这个项目的氢气供应商在东京建造了一个液体加氢站,自2003年开始运营以来,两年内为2000多辆汽车添加了氢燃料,成为东半球使用频率最高的加氢站。近年来,宝马德国生产了6款氢燃料汽车,并已投入运营。为此宝马建立了低温燃料加注站,克服了将大量氢燃料汽车投入市场的最大障碍。这个加氢站可以让机器人自动为烧氢车加注超低温液态氢。

地面加氢站移动储氢罐随后,通用汽车公司和壳牌氢能公司在华盛顿特区设立了加氢站,为普通汽车提供加油服务,为燃料电池汽车提供加氢。这个氢气站的加氢设施和普通加油站差别不大,加氢流程和普通汽油车差不多。加氢站的面积比普通加油站大,由氢气分离厂和加气站两部分组成。在氢气分离装置中,有一个氢气分离罐。工人向罐内输入足够的水后,打开电源,水在电的作用下被分离成氢气和氧气。分离出来的氧气通过管道释放到空气中,氢气收集在密封的压力罐中,加压储存,再通过高压管道为氢汽车加氢。氢气易燃,所以人们首先会想到加氢站和氢汽车的安全性。科研人员成功解决了管道压力问题,客户加氢时非常安全。

“氢气公路项目”是目前正在建设的加氢站项目。这个项目的具体内容是在加拿大温哥华至2010冬奥会举办城市维斯勒的120km高速公路上建设5个燃料电池汽车加氢站,并生产必要数量的燃料电池汽车。氢燃料电池汽车将在2010冬奥会期间承担机场与主办城市之间的人员运输任务。“氢高速公路项目”的实施将是加拿大能源史上的一个里程碑。此外,管道中还有一条“氢能走廊”,即在温莎和蒙特利尔之间的900公里高速公路上设立加氢站。

为氢燃料电池汽车示范项目提供燃料加注服务的国内首个大型加氢站,由北京清能华通科技发展有限公司与BP公司合作建设。位于北京中关村科技园区永丰高新技术产业基地新能源示范园区。加氢站占地4000平方米,包括各种氢气生产和供应装置。2006年6月29日投入运营,每天可为4辆公交车加注25公斤氢气。

目前已建成的加氢站只是暂时满足氢动力汽车的加氢需求。但远远不能满足日益增长的氢动力汽车需求。此外,加氢站的建立应适应每个国家的具体情况。比如冰岛,16个加氢站就可以满足全国的需求。在美国,需要1440个加氢站才能满足全国对氢燃料的需求。

加氢站的建立要与氢动力汽车的发展规模和速度相适应,不超前不落后,努力探索储氢技术,促进氢动力汽车的推广应用。严格来说,目前的加氢站还处于实验阶段,要想让它像加油站一样普及还需要很长时间。