氢燃料电池汽车是否会成为零排放未来的一匹意外的黑马？

氢燃料电池汽车结合了燃烧的动力和电力推进的效率，同时解决了两者的局限性。 它确实很简单……直到它变得不再简单。 啊，氢——宇宙中最简单、最丰富的元素。据信整个可观测宇宙的质量中近四分之三是由氢组成的。它也是地球上最常见的元素之一，排名第十，但大部分氢都与氧结合形成水。 氢提取技术的历史比你想象的要悠久，可以追溯到 18 世纪 80 年代。虽然这些早期实验对于开发电池电源至关重要，但电解提取的氢生产成本高昂且耗时。因此，在最初的进展之后的几百年里，它一直只是一种新奇事物或工业杂耍，除了用于轻于空气的飞行器。 未来的燃料还是仅仅令人好奇？ 然而，今天美国能源部正在积极致力于研究、开发和协调投资计划，通过其 H2@Scale 计划将氢气纳入美国能源的支柱。 美国能源部报告称，美国每年已生产和消耗一千万公吨氢气，考虑到氢气的可再生和国内来源特性，他们希望大幅增加这一数字。 燃料电池电动汽车正在崛起 目前，大部分氢气用于精炼石油和生产可用的氨，但美国能源部表示，氢气在交通运输以及金属净化、精炼生物和合成液体燃料、产热和储能等其他广泛应用领域的使用也在增加。 氢气安全吗？ 氢在历史上的名声一直不太好，无论是轻于空气的灾难，比如臭名昭著的（但并非孤立的）1937 年兴登堡空难，还是它在 1952 年试验的热核弹中放大裂变所起的作用，与早期的核武器设计相比，这成倍地增加了破坏力。 利用天然特性使氢气更安全 然而，如今氢在汽车中的使用方式与上述应用完全不同，只要采取基本的预防措施，使用氢就和汽油一样安全。尽管气态氢具有固有的易燃性，但在加压并储存在燃料电池电动汽车中时，液态氢的反应性要小得多。氢释放后也不会停留太久，因为氢比空气轻，而且扩散速度非常快，这意味着它在某些方面比汽油更安全。 与气体或其他燃料相比，氢气可以在更广泛的空气混合物中燃烧，因此仍然存在风险，但只要采取适当的预防措施，使用它是完全安全的。 附加安全功能，确保平稳安全的驾驶 制造商增加了安全系统，例如在发生事故时在燃料罐上安装关闭阀，以及在连接燃料电池堆和继电器以及驱动车辆的高压电池的线路中安装事故检测装置，以减少火花。当然，耐冲击和耐穿刺的加固加压罐是标准配置。 那么，幕后究竟发生了什么？ 燃料电池电动汽车是大多数制造商在氢动力汽车方面投资的重点，其工作原理相当直观。燃料电池组或电池组充当“引擎”，其中许多电池促进空气中的氧气与车上储存的加压氢燃料之间发生简单的化学反应。 这种以化学方式发电的方法称为反向电解。燃料电池堆实际上是一堆单独的燃料电池，利用氢和氧在特定设置（阳极和阴极）中结合时产生的电子电流。该电流被拾取并反馈到电池组，电池组像传统电动汽车一样储存能量。 排放？你不会想念它们的 水是整个过程中唯一的副产品。虽然生产氢气需要电力进行电解，将水分离成氢气和氧气（就像电动汽车需要从某个地方获取电力一样），但车辆内的实际排放物只不过是 H₂O。 兼具内燃机和电动的优点 加氢时间快捷方便，零排放，油门反应迅速，这些特点让氢燃料电池汽车脱颖而出。氢燃料电池汽车启动和运行安静，噪音污染也少。 与电动汽车非常相似，氢动力汽车将动力直接传送至连接每个车轮的电机，而不是使用更传统的传动轴，从而确保即时动力和精细控制，以实现性能和快速加速。 混合动力车也难逃被抢风头的命运 拥有电池和可在车上充电的燃料源也是混合动力电动汽车的主要优势之一。氢燃料电池技术允许驾驶员将车载电池充满电，并用氢气填充燃料电池。这意味着燃料电池车型的加油间隔比全燃或全电动汽车更长。 由于燃料电池电动汽车可以使用氢作为燃料源直接在车内发电，因此它们本质上是一种更加环保的选择，因为它们永远不会产生有害排放。 动力驱动 氢燃料电池用途广泛，可扩展性强。丰田设计师能够利用现有的氢燃料电池技术，将其扩展为理论上能够为 8 级重型半挂卡车提供动力的动力系统，这是联邦公路管理局允许上路行驶的最高级别的卡车。 它们也可以变得更小，因为可以根据需要构建尽可能少或尽可能多的电池来影响车载电池的充电率。 但维护又如何呢？ 易于维护是燃料电池电动汽车的另一个优点。由于将氢和氧转化为水和电的过程不是燃烧，而是温和得多的再氧化，因此不需要太多移动或机械部件。 你只需要控制加压氢气流量的阀门和允许充足气流的进气口，整个过程就能顺利进行。用于储存能量的电池也相当自给自足，尽管目前的电池技术意味着它们不会永远使用下去，最终需要与车辆一起更换或报废。 那么为什么我们还没有全部驾驶燃料电池电动汽车呢？ 燃料电池电动汽车尚未成为主流的原因有几个。 首先，尽管取得了许多进展，但该技术仍处于起步阶段。如前所述，美国能源部计划继续资助和研究改进氢燃料电池技术和扩大其基础设施的方法。 目前，加州是唯一一个开始认真投资燃料电池电动汽车加气站的州。不过，情况并没有乍看起来那么糟糕。 只要稍加关注和投入，情况就会迅速改变 由于氢动力电动汽车的加油时间非常短，且加油过程与燃气汽车相当，一旦其他州认真开发和升级其服务站以适应加氢，所需的努力将比安装类似数量的标准电动汽车充电器要少。 虽然电动汽车充电需要更长的等待时间和全新的“泵”，但可以简单地将现有的汽油泵转换为提供天然气或氢气，就像今天许多加油站已经提供汽油和柴油喷嘴一样。 其他挑战确实存在，但并非不可克服 除了是一项新技术，没有燃料补给基础设施来支持它之外，还有其他考虑因素。目前，每年仅生产少量氢气。虽然氢气生产越来越容易和便宜，但它仍未达到经济可行的水平，更不用说规模化取代道路上的所有汽车了。 此外，与复苏初期的电动汽车一样，氢燃料电池汽车目前的成本高于受益于规模经济的成熟车型。虽然燃料电池电动汽车有一些补贴，但它们的竞争力还不足以成为所有人的明确选择。 最后的想法 尽管氢燃料电池电动汽车与占据市场主导地位之间仍然存在许多技术和社会障碍，但其背后的理念仍然引人注目，而且只要付出足够的努力，就完全可以实现。 也许不是今年，甚至不是这个十年，但最终，氢气可能成为未来零排放驾驶的主要组成部分——如果我们坚持下去并给它一个机会的话。