电池供电的纯电动和混合动力汽车是取代内燃机的绿色出行标准。但是,还有第三个选择经常被忽视:氢动力汽车。
数十年来,氢气一直被用来为汽车提供动力。早在1807年,弗朗索瓦·伊萨克·德·里瓦兹(Francois Isaac de Rivaz)就设计了第一台以氢为燃料的内燃发动机,半个世纪后,科学家罗杰·比林斯(Roger Billings)将福特A型发动机转换为氢能。快进一点,氢被用来将NASA火箭送入太空。
氢汽车并没有完全席卷全球,但是它们确实提供了更环保的汽油替代品,并且可以说是电池驱动电动汽车的替代品。
氢能汽车实际上如何工作?
氢气可以通过两种方式为汽车提供动力,首先是氢燃料电池,其工作方式与锂离子电池电动汽车相似。
氢气存储在一个燃料电池箱中,该燃料箱为燃料电池供电,每个燃料电池由负极和正极(阳极和阴极)组成,并由电解质隔开,就像锂离子电池一样。本质上,氢代替电池来发电。
氧气从空气中抽取并泵入阴极,而氢气则流向铂阳极终端,后者充当催化剂,从气体中分离出正氢离子。
这些通过电解质流到阴极以建立正电荷。由于分离出的电子无法流过电解质,因此它们绕着外部电路流动,从而产生用于为电动机供电的电荷。
那排放呢?当氢离子与阴极接触时,它们与氧气结合产生水,然后水从汽车排气中流出。它是如此的纯净,你可以喝它。
使用氢气燃烧
氢气也可以直接替代专用或改装内燃机中的汽油或柴油。在这种情况下,将加压的氢气直接注入发动机的燃烧室,并像普通内燃机一样进行燃烧。
但是燃烧的氢气确实产生了更少的排放物,其中以水为主要副产物,并且更少的有毒NOx气体来自发动机产生的热量。
像大多数最先进的技术一样,它也在比赛中:专家Alset配备混合氢发动机的阿斯顿马丁Rapide S挑战了N24,该车能够在汽油或氢燃料之间切换。此外,马自达RX-8 Hydrogen RE于2003年首次发布,是另一款氢燃料双氢ICE汽车,但于2011年停产。
有什么优势?
氢燃料最明显的优势,至少在燃料电池电动汽车(FCEV)方面,产生的有害排放物较少。
而且,由于燃料电池不会像锂离子电池那样降解,因此它们往往可以延长汽车的使用寿命,它们也可以回收利用,使它们成为绿色的选择。
FCEV的使用范围甚至超过了最好的EV,小型Toyota Mirai可以行驶300英里,而现代Nexo等大型氢动力汽车则可以行驶400英里。
当给油箱加油时,就像向汽车加油一样容易。氢气可以简单地泵入油箱,准备好被吸入燃料电池中,不用长时间的给电池充电。
缺点是什么?
能提供可以加满氢的基础设施和场地比较少, 电动汽车可能需要更长的时间才能充电,但至少它们可以从基本电源插座充电,从而弥补了缺乏广泛的快速充电点的不足。即便如此,EV充电网络和充电速度也在快速增长。
大多数FCEV都有一个小电池可为它们提供短时动力,但这仍然不能克服在某个地方需要补满的问题。
携带氢气也很棘手,因为它极易燃。为了防止氢汽车成为汽车的兴登堡,容纳加压气体的储罐必须非常坚韧且防撞,从而使其比汽油储罐的工程设计更为复杂。出于同样的原因,也很难通过油轮或管道将氢气运输到加油站。
另一个主要问题是生产用于燃料的氢气,通过在水中流过电流将氢与氧分离,这很容易做到。
但这涉及消耗电能,最有可能是燃烧化石燃料产生的电能,这意味着氢气在生产方面并不是那么绿色。有一种说法是太阳能可以用来产生这种电能,但是那样的话,能量也可以用来直接填充电池,而不是产生另一种燃料。
当前,氢气的大规模生产涉及被称为蒸汽甲烷重整的过程。简而言之,这涉及通过放热反应从甲烷天然气中获得氢气。
但是,由于这涉及燃烧化石燃料,因此这并不是生产氢的绿色方法。总体而言,它是比汽油更清洁的燃料,但不如可再生能源产生的电能那么清洁。
科学家们正在努力使氢气生产更清洁,但在大规模生产之前,您不太可能在路边站看到许多氢气燃料泵。
成本也是一个因素:氢气很昂贵,每公斤和每英里的成本要比汽油高。鉴于氢的能量密度不高,您可能需要更频繁地加氢。
氢能汽车有未来吗?
这是典型的鸡肉和鸡蛋的情况;仅当有更多的FCEV时,氢气加油站才有可能增加,而只有在有地方加氢的情况下,此类汽车才会流行。
电动汽车续航里程,电池续航能力和充电基础设施的改善,以及对大型汽车品牌的大量投资,意味着FCEV并非势头强劲。固态电池的开发和超级电容器的使用等进步使电动汽车不断充电。只有丰田汽车,偶尔还有宝马汽车似乎对氢燃料电池表现出兴趣。
氢燃料电池电动汽车仍然有提供替代方案的余地,也许燃料电池可作为增加电动汽车范围的方法,但是要成为主要动力来源,要使这种混合动力汽车流行起来,我们需要看到更多的加氢站和更绿色的方式来大量生产氢气。
小吧嗒祝您生活愉快,人车平安。