氫動力汽車

氫動力汽車

氫動力汽車是一種真正實現零排放的交通工具,排放出的是純淨水,其具有無污染,零排放,儲量豐富等優勢,因此,氫動力汽車是傳統汽車最理想的替代方案。與傳統動力汽車相比,氫動力汽車成本至少高出20%。中國長安汽車在2007年完成了中國第一台高效零排放氫內燃機點火,並在2008年北京車展上展出了自主研發的中國首款氫動力概念跑車“氫程”。

基本信息

基本簡介

隨著“汽車社會”的逐漸形成,汽車保有量在不斷地呈現上升趨勢,而石油等資源卻捉襟見肘,另一方面,吞下大量汽油的車輛不斷排放著有害氣體和污染物質。最終的解決之道當然不是限制汽車工業發展,而是開放替代石油的新能

本田氫動力汽車FC Sport本田氫動力汽車FC Sport
源,燃料電池車的四輪快速又安靜地滾過路面,轍印出新能源的名字——

幾乎所有的世界汽車巨頭都在研製新能源汽車。電曾經被認為是汽車的未來動力,但蓄電池漫長的充電時間和重量使得人們漸漸對它興味索然。而目前(指2009年)的電與汽油合用的混合動力車只能暫時性地緩解能源危機,只能減少但無法擺脫對石油的依賴。這個時候,氫動力燃料電池的出現,猶如再造了一艘諾亞方舟,讓人們從危機中看到無限希望。

以氫氣為汽車燃料這種說法剛出來時嚇人一跳,但事實上是有根據的。氫具有很高的能量密度,釋放的能量足以使汽車發動機運轉,而且氫與氧氣在燃料電池中發生化學反應只生成水,沒有污染。因此,許多科學家預言,以氫為能源的燃料電池是21世紀汽車的核心技術,它對汽車工業的革命性意義,相當於微處理器對計算機業那樣重要。

背景歷史

20世紀80年代,美國在研究中發現“陶瓷絕熱發動機並不能提高發動機的熱效率”,但美國廠商和相關機構故意虛張聲勢,誘導日本企業搞陶瓷絕熱發動機。日本企業經過數年或十數年的努力後發現,它不能改善發動機的熱效率,最終只

2000年,通用推出“氫動1號”概念車 2000年,通用推出“氫動1號”概念車
能放棄。

和陶瓷絕熱發動機類似,事實上國內此前流行的生物燃料,在發展過程中已經遇到了發展瓶頸。由於大量的玉米用來生產燃料,而使中國豬飼料發生緊缺,間接導致了豬肉價格的上漲。而氫燃料電池技術至少在50年或100年以後才能看出最終結果。

布將投資17億美元把“氫能”作為新一代能源的重點發展對象。2006年,小布希政府提出要在未來20年內讓美國人開上氫燃料電池動力汽車,日本的豐田本田也在研究氫燃料汽車。

2001年,時任的美國總統喬治·沃克·布希上任後,由於拒絕參加京都協定,以及阻撓國會通過降低汽車平均油耗的法案而備受批評。為減少批評,他曾大力提倡“氫能源”、“氫經濟”來表達對能源和環境問題的重視。但是外界評價,布希政府提倡氫能源是為了轉移輿論指責。

研究開發

研究開發氫動力汽車一直走在前列,並且已投入數十億美元的通用汽車從20個世紀60年代末,就開始了氫燃料電池驅動技術的研究,並且與中國上汽集團合作開發出名為“鳳凰”的中國首輛燃料電池汽車。2003年,通用汽車能源動力全球巡展上引起中國有關部門和業界人士廣泛關注的“氫動三號”,已經達到了通用汽車和歐寶品牌的商業化生產指標,驅

寶馬寶馬H2R氫動力寶馬H2R氫動力
動系統的模組化和擺脫對蓄電池的依賴使得“氫動三號”的總車重降低約100公斤,接近1590公斤的目標值,而且容積與普通車型的載貨空間完全相同。

通用汽車相當看好這一車型,認為“氫動三號”是向成熟燃料電池車規模化生產進程中取得的一項重大進展。通用將計畫在2010年以後生產出大眾能承受得起的燃料電池車,目標指向第一家銷售100萬輛燃料電池汽車的汽車公司。
並不是只有通用汽車一家在不惜血本開發燃料電池。戴姆勒·克萊斯勒在賓士A級轎車的基礎上為美國、歐洲、日本、新加坡的客戶提供60輛氫燃料電池車,第一批已經行駛在美國和日本的街頭。同樣在燃料電池開發上注入重金的本田的FCX更是搶先一步,成為全球首輛商品化氫動力車。

2009年6月16日,美國南加州莫哈韋沙漠的艾爾·米諾日乾湖那寬闊龜裂的土地上風大塵高。測試人員傑西駕駛著他那輛形似一顆水滴的改裝車一“飛”而過。依靠改裝的氫動力發動機,他開到了時速199.712英里,刷新了此前由寶馬H2R氫動力車在德國創下的186英里/小時(約299.3千米)的氫動力陸地速度紀錄。

節能優勢

與傳統汽車相比,氫動力汽車能量轉化效率高達60-80%,為內燃機的2至3倍。燃料電池的燃料是氫和氧,生成物是清潔的水,它本身工作不產生一氧化碳二氧化碳,也沒有硫和微粒排出。燃料電池本身工作沒有噪聲、沒有振動,其電極僅作為化學反應的場所和導電的通道,本身不參與化學反應,沒有損耗,壽命長。從這些方面來看,氫動力汽車當之無愧地是未來汽車發展的重點。

存儲方式

目前(指2009年)用電解法製備一公斤液氫大約需要50度到60度電(包含壓縮製冷耗電),隨著能源緊張,民用電有可能漲到0.80元,那么按60度電計算,製備一公斤液氫需

氫燃燒發電示意圖氫燃燒發電示意圖
要48元,按寶馬效率,4公斤跑100公里,那么百公里燃料費用高達192元,是用戶很難接受的。如果液氫先轉化為電再以比亞迪效率跑,按60%

的發電效率計算,一公斤能發電32度,半公斤就夠跑百公里了,燃料費用24元,比目前的汽油便宜一半還多。

提高氫燃燒發電效率,一是要把液氫從空氣中吸收熱量的過程利用起來(可以溫差發電),二是要降低排出物攜帶的熱量,這點離子交換膜電池倒是很好地解決了。液氫由儲氫罐出來後先進入級聯氣輪機室,吸收空氣熱量同時做功發電,達到空氣溫度後由離子交換膜電池(工作溫度低於攝氏100度)繼續加熱級聯氣輪機室,氫氣由級聯氣輪機室出來,進入離子交換膜電池裡發電。離子交換膜電池本身發電效率可以達到氫燃燒值的80%,加上級聯發電級組從空氣中吸收熱量發的電,效率會提高比較多。另外,如果將級聯發電機組放在車頭位置,由於液氫氣化對環境的降溫,可以在車頭前方形成一個低壓區,有利降低空氣阻力。

發展阻力

氫燃燒與行駛過程的分離示意圖氫燃燒與行駛過程的分離示意圖

成本問題商業化最大阻力

對於汽車廠商來說,在汽車中保存氫是很大的問題。穿越歐洲14國的“氫動三號“使用的是一個存放液態氫的大型高壓密封箱,僅夠維持250英里。另外由於基礎設施尚未跟進,“氫動三號”無法享受獨行俠般的自由自在,隨行車輛要在需要的時候為它進行氫補給。

然而,氫燃料電池要走上商業化道路,更大的阻礙是高昂的成本問題。目前(截止2009年6月)製造一輛燃料電池車的花費大約是普通汽車成本的100倍左右,只有那些為批量上市而生產的車型才能產生經濟效益,但其成本仍然是普通汽車成本的10倍。

另外,雖然汽油價格上漲會使得車輛的全程價格越來越貴,但是氫燃料電池車如天價般的使用成本同樣使得人們望而卻步。現在雖然已經掌握燃料電池的相關技術,但棘手的問題是要在消費者能夠承受的價格限度內製造出此類電池,否則這類汽車將無法引起人們的興趣。在操作層面上氫的提取成本是非常高的,要想大規模獲取液態氫,成本是以“億美元”為計算單位的。另外,目前(指2009年)世界上氫的生產量還遠遠跟不上“氫時代”到來時的預計需求量,新的氫來源的開發也是生產鏈中的關鍵點之一。

中國前景

在中國的“863計畫”中和“十一五”計畫中,明確將替代動力汽車技術列為重點發展項目。總投入3236萬美元、為時5年的中國燃料電池公共汽車商業化示範項目也已正式啟動,將以全球招標方式購置12輛燃料電池公共汽車,並建立相應加氫設施,在京滬兩市示範運行。

有觀點認為,國際上研製氫動力汽車不過10年左右,中國與國外水平十分接近。由於氫動力汽車結構與傳統汽車完全不同,應當抓住這個時機獲得今後“氫時代”世界汽車工業的主動權。但是,國外汽車研究機構的實力並不是一天練成的,並且從目前(指2009年)階段來看,中國的氫動力自主開發已經漸漸落後於國外,國外的氫動力汽車雖然在商業化操作中還存在很多紕漏,但技術上已經快步成熟甚至可以量產上市。在中國發展氫動力汽車的初期,可能還是需要通過國內汽車廠商與走在氫動力開發前列的國外汽車廠商的合作進行技術引進,實現中國汽車工業的可持續發展。

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