“水氫”汽車之路行得通嗎?

2019-05-27 06:16:35 環球時報

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本報駐日本特約記者 李珍 本報特約記者 魏云峰 本報記者 馬俊

“水氫發動機”原理可行但不新鮮

在剛剛過去的這個周末,號稱“只要加水就能跑”的“水氫”汽車火了,網友們紛紛質疑這種“改寫能量守恒定律”的新能源汽車,其實是新版“水變油”騙局。當事方青年汽車集團25日解釋稱原先的媒體報道有誤,“水氫”汽車實際是通過鋁合金與水反應產生氫氣作為能源,“并非只加水就行”。26日接受《環球時報》記者采訪的多名業內人士表示,盡管這種說法在原理上行得通,但想要真正在車輛上實現工程化應用,需要克服諸多技術難題,經濟性更是堪憂。

青年汽車集團最初宣稱,“水氫燃料車”可在“不加油、不充電、只加水”的狀態下,卡車續航里程超過500公里,轎車續航里程可達1000公里。其原理是“利用一種特殊催化劑,可以將水轉換成氫氣”。但這種說法迅速遭到外界質疑。北京理工大學機械與車輛工程學院孫柏剛教授認為,“只要加水就能跑”違背了能量守恒定律:“純水變成氫氣作為動力,就和過去的水變油一樣,這是不可能的?!?/p>

青年汽車董事長龐青年25日在接受媒體采訪時表示,“水氫”汽車并非只加水就行,而是利用催化劑,讓鋁合金與水通過置換反應大量產生氫氣,然后再像普通氫能源車那樣,利用氫氣發電驅車行駛,“100公斤水可跑100公里”。

據介紹,這種“水解制氫”技術系年汽車與湖北工業大學聯合研發。湖北工業大學26日發表聲明,詳細解釋了相關技術的原理。盡管金屬鋁容易與水反應,但通常條件下鋁表面與空氣接觸會覆蓋一層致密的氧化膜,阻礙鋁與水的接觸反應。該校董仕節教授團隊發明的高效低成本鋁合金材料,能去除鋁表面的氧化膜,加速反應的進行,實現快速水解制氫。

西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室教授江峰也在個人微博上發布“水解制氫”的相關試驗視頻。視頻顯示,研究人員將少量的礦泉水倒入鋁粉罐,幾秒后罐中便迅速發生劇烈反應,冒出大量氣體,這些氣體可以被明火點燃,并伴有爆燃聲。

業內專家26日告訴《環球時報》記者,“水氫”汽車的核心在于如何從水中獲得氫氣,其他技術與普通氫燃料電池汽車并無差別。目前來看,通過催化劑“水解制氫”的基本原理是可行的。

也有質疑認為,澄清“只要加水就能跑”的傳聞后,“水解制氫”并不新鮮。2018年俄羅斯也研發出廢鋁制氫技術,可作為車載供電系統及固定式小型電力裝置。董仕節承認,“美國等也有類似技術,但我們在制氫速度、效率等工業化制備應用上處于世界先進水平。只需要在車上安裝一個制氫裝置,循環更換裝置里的反應材料即可,需要多少氫氣就制多少氫氣用多少氫氣,可解決目前使用高壓儲運氫的過程中,存在泄漏、爆炸的危險”?!?/p>

“水氫發動機”想裝車不容易

盡管“水氫”汽車的原理很簡單,“金屬鋁置換氫氣是中學的化學知識”,但想讓它真正投入使用,還有很多難題。

外界質疑最多的就是“水氫”汽車的經濟性。對氫能源汽車而言,如何控制使用成本向來是核心問題之一。在推廣氫能源汽車最為賣力的日本,已有99座加氫站,主要由提供加氫服務的日本ENEOS公司運營(左圖)。目前加注氫氣的價格是1公斤在1000日元至1100日元左右(63元至69元人民幣)。以豐田公司的Mi?rai氫燃料電池汽車為例,該車的高壓儲氣罐可以容納5公斤氫氣,加滿一次氫氣只需4300日元左右(日本政府對使用清潔能源有補貼),最多可行駛650公里。這樣算下來,氫能源汽車確實比汽油車省錢一些。不過,由于氫能源汽車在日本仍處于起步階段,ENEOS公司表示他們的加氫站實際是在賠本運行。

“水氫”汽車面臨的成本困境更為明顯。有質疑稱,當前市場上金屬鋁的價格已超過每公斤10元,即便是在最理想的環境下,以9公斤鋁制取1公斤氫氣來計算,生產1公斤氫氣的材料成本約為63-90元,這還沒有將塊狀鋁制成鋁粉的費用和能耗計算在內。相比氫燃料電池汽車,“水氫”汽車的經濟性更差?;褂腥酥室?,鋁本身就是通過電解產生,這個過程耗電量很大,“水氫”汽車并不環保。

董仕節對此表示,研究團隊已就成本和環保的問題進行了考慮。他說,制氫后的水解產物都有較高的利用和經濟價值,通過新能源汽車的使用回收后,可解決成本和環保的問題。例如制氫后產生的偏鋁酸可以直接作為阻燃材料使用,高品質的偏鋁酸可以用于電池隔膜產業,或進一步加工成微納米級氧化鋁?!罷廡┧獠锝ü黨Ъ一厥趙倮檬迪制浼壑?,成本可大大降低?!?/p>

接受《環球時報》采訪的業內人士認為,“水氫”汽車理論上最大的優點在不用高壓儲氣罐,所用氫氣“隨制隨用”。但汽車行駛時的功率會隨時變動,如果突然需要提升功率,氫氣供應需求猛增,如何保證“隨制隨用”的氫氣能供應得上?另外,鋁與水的置換反應會產生大量熱量,在密閉的反應罐里,這些熱量如何及時散掉也是需要考慮的問題。董仕節也承認,“目前在制氫反應物的更換及后續制氫的穩定性方面還待進一步研究”?!?/p>

氫能源車推廣面臨多個難題

相比“水氫”汽車,目前國際上更主流的氫能源汽車是采用燃料電池技術,隨車裝有高壓儲氣罐,需要到加氫站加氫氣。但因為種種原因,這些氫能源車的推廣之路并不順暢。

據日本“2018年住友售車報告”顯示,Mirai從2014年12月上市以來至2018年10月,在日本國內共計銷售2400輛,在海外(主要是美國)銷售了3800輛。日本研發氫能源汽車的還有本田技研工業公司,該公司2016年

3月推出的ClarityFuelCell全新燃料電池車面向日本政府和企業銷售,累計在日本國內銷售200輛,海外銷售1100輛。此外豐田還接受日本政府委托,為2020年東京奧運會開發了一款名為SORA的氫能源大巴車和另一款名為Fine-comfortRide的乘用車。這兩款車目前在日本還沒有面向其他企業或者消費者出售。

業內專家認為,當前阻礙氫能源汽車推廣的問題主要集中在三方面:成本、基礎配套設施和技術成熟度。據介紹,在使用成本上,目前氫能源汽車相比燃油車并沒有明顯優勢,而售價卻相當高。例如Mirai售價大約在730萬日元(約合46萬元人民幣)左右,在日本也屬于比較昂貴的汽車。ClarityFuelCell的售價也相差無幾。北汽集團總經理張夕勇表示,目前從材料購置成本和使用成本來看,氫燃料電池汽車都高于純電動汽車,更無法和傳統燃油汽車競爭。

而氫能源車的相關基礎配套設施差距更大。氫氣存儲相關技術和安全性指標高,導致加氫站的建設成本昂貴,直接困擾全球氫能源車的發展。2018年的數據顯示,全球建成的加氫站僅300多座,其中大部分加氫站都集中在日韓、歐洲和北美地區,我國目前投入運營的加氫站僅為13座。

此外,氫能源車的技術也還有待完善。除了車載高壓儲氣罐存在可能泄漏或爆炸的風險外,當前氫燃料電池車使用比黃金更貴的鉑作為催化劑,鉑還很容易因為混在氫氣中的雜質而“中毒”失效。因此氫燃料電池車對氫氣的純度要求非常高,通常無法使用成本較低的化石燃料制氫或工業副產物制氫,只能靠成本最高的水電解制氫法?!?/p>

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