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冬奥会的交通主力,氢能源车为什么没有大规模普及

(原标题:冬奥会的交通主力,氢能源车为什么没有大规模普及)

精彩的2022北京冬奥会已经开幕十余天,冬奥会的成功举办让北京成为史上唯一的双奥之城,成功的背后离不开各个重要岗位辛勤工作的人员,“绿色环保”是本届冬奥会的一大亮点,为了降低排放大规模使用了氢能源车作为交通工具。其实氢能源车诞生已经很多年,发展过程却并不顺利,以普及程度来看,远远不及纯电动车型,而这背后的原因是什么呢?

氢能源车型主要分为两种,一种是直接以氢气作为能源,用内燃机燃烧氢气做工推动车辆行驶,历史可以追溯到1807年瑞士Francois Isaac de Rivaz设计的内燃机,该内燃机将压缩氢气储存在气球当中。

1941年二战期间为了应对能源短缺,前苏联军事技术员Boris Shelishch改装了200台GAZ-AA卡车,这些车型全部以氢气作为动力来源。

现代氢能源汽车则是将氢燃料作为还原剂,将氢气作为还原剂,空气作为氧化剂,通过燃料的燃烧反应将化学能转化为电能,最终产生的物质就是水,这种方式相比于直接燃烧空气有着更高的能量转化效率,甚至能超过80%,而直接燃烧氢气转化效率仅仅为30%多。这就是氢燃料电池。

首款真正意义上量产并上市的氢燃料电池乘用车是丰田的Mirai,该车于2014年上市,补氢3分钟,续航500km,相比于现在的纯电动新能源车型,能量补充效率有着绝对压倒性的优势,同时氢燃料电池对于温度的变化也不会那么敏感,不会出现冬季续航焦虑加剧的问题。

氢燃料电池相比纯电动车型有着诸多优势,像丰田、本田、现代这些大厂前前后后研发了十几年,至今普及程度远不如纯电动车型,主要受制于成本、能源生产和安全三大问题。

以丰田的Mirai为例,氢燃料电池所使用的催化剂为铂金,产量极低,价格极高,而燃料电池所使用的的质子交换膜被杜邦和另一家日本公司垄断,这最终也推高了车辆本身的价格。

其次是能源的生产,氢气属于二次能源,制备氢气最简单直接的办法就是电解水,这也是大家学生时代课本中学到的,同时还可以产生氧气,不过电解水制备氢气能耗非常高,这种方式大多是实验室采用的方式。

我国氢气制备比例

目前世界上主要的制备都是通过天然气,占比为42%;工业副产品占比为39%,煤制氢占18%,其他方式制氢占比为1%。而我国制氢煤、工业副产品、天然气制氢占比分别为64%、21%和14%,其他方式制氢为1%。

我国是一个富煤的国家,天然气和石油对外依存度比较高,而煤制氢会产生大量的二氧化碳,每生产1公斤氢气,二氧化碳排放量约为30.2kg,煤本身也含有大量的杂质,发展新能源本身就是为了降低碳排放,这显然有违主题,至于天然气制备要更加环保,不过天然气本身缺口就不小,小到做饭,大到工业生产、出租车、商用车都会用到,专供氢气制备显然不现实。

最后就是使用的安全性,氢气是目前已知密度最小的气体,极易燃烧,其爆炸密度在4%-75.6%之间,爆炸的区间非常宽泛,如果一直在露天环境并不需要有太多担心,不过汽车可是要停进地库的,一旦在地库发生了泄漏,达到了爆炸密度,而地库当中又存在着大量开关、电气设备,一旦发生爆炸非常危险,假如在这个地库当中又有很多相同的车,结果不敢想象。

以目前的技术条件来看,无法做到100%的不泄漏,氢燃料电池车大规模普及到乘用车显然不太现实,而对于固定线路的商用车来说相对使用环境更加安全一些。

氢能源大户丰田在这条道路上走过了几十年,虽然已经实现了量产,不过至今氢能源车型也无法实现大规模铺开,前不久本田、戴姆勒等都宣布停止研发氢燃料电池,相比纯电车型百花齐放,氢能源在汽车领域可以说是苦苦支撑。而在国家层面对于氢能源却十分重视,美国、日本、欧盟都把氢能源提升到了国家战略的层面,在我国氢能源也作为十四五规划的六大未来产业之一,氢能源或许是未来的最终能源,但并不是现在,纯电动车型即使有诸多缺点,综合下来却最为合适。