汽車(chē)行業(yè)越來(lái)越一致地認為，陸地交通的未來(lái)是電力推進(jìn)。然而，隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)作為一個(gè)概念重新出現(不要忘記在汽車(chē)時(shí)代的黎明，ICE和電動(dòng)汽車(chē)并存)，關(guān)于如何為電動(dòng)機提供電力存在爭議?第一種選擇是在車(chē)上使用電池組——這顯然是當今更受歡迎的選擇。不過(guò)，在氫燃料電池中還有另一種方法。

注意到當前電池技術(shù)的低能量含量，一些人提出了一種不同的方法。無(wú)需笨重的電池即可在汽車(chē)上發(fā)電。這項技術(shù)并不是真正的新技術(shù)，因為它在60年代首次被NASA用于在雙子座和阿波羅登月任務(wù)中發(fā)電。有一些不同類(lèi)型的燃料電池，但在汽車(chē)工業(yè)中幾乎只使用質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)。

那么，我們如何在燃料電池中發(fā)電呢?這是一個(gè)相對簡(jiǎn)單的過(guò)程。燃料電池具有三個(gè)主要部分。陽(yáng)極、陰極和隔板。在陽(yáng)極中，H2從罐中供給。H2由兩個(gè)電子和兩個(gè)質(zhì)子組成。帶正電的質(zhì)子穿過(guò)隔膜，而帶負電的電子穿過(guò)外部電路，從而產(chǎn)生電流。

在陰極，空氣中的氧氣與氫氣的質(zhì)子(之前已通過(guò)隔膜)和外部電路的電子相遇。這種組合會(huì )產(chǎn)生水，然后從汽車(chē)的排氣管中排出?？梢燥嬘玫呐艢夤?

氫是宇宙中最豐富的元素，但它在地球上不能以自由形式存在。這意味著(zhù)我們必須找到一種獲取它的方法。目前有3+1種制氫方法。

所謂的灰色氫是通過(guò)天然氣的蒸汽重整產(chǎn)生的。天然氣被非常熱和高壓的水蒸汽轟擊。該反應產(chǎn)生H2和CO2。這種制氫方式最不環(huán)保。

藍色氫與灰色氫基本相同，但有一個(gè)根本區別。碳捕獲和儲存技術(shù)應用于提取過(guò)程，因此不允許二氧化碳進(jìn)入地球大氣層。

第三種生產(chǎn)氫氣的方法是通過(guò)電解。這就是我們獲得綠色氫的方式，該過(guò)程與燃料電池中發(fā)生的情況相反。它利用電流將水溶解到其建筑元素——氫和氧中。

+1方式是所謂的綠松石氫。在這個(gè)過(guò)程中，天然氣通過(guò)產(chǎn)生氫氣和碳的熔融金屬。最后一項技術(shù)似乎很有前途，但尚未準備好廣泛使用。

從目前可用的方式來(lái)看，綠色氫在可持續和環(huán)保生產(chǎn)方面具有最大的潛力，但前提是通過(guò)風(fēng)能或太陽(yáng)能等可再生能源產(chǎn)生必要的電力。

通過(guò)可持續電解生產(chǎn)氫氣通過(guò)可持續電解生產(chǎn)氫氣

氫態(tài)

有兩種可能使用的氫狀態(tài)。氣體和液體形式，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。

因為氫是宇宙中密度最小的元素，要在汽車(chē)中使用它必須被嚴重壓縮。在目前的應用中，氫氣被壓縮到700巴。這是很大的壓力，為此需要特殊且昂貴的油箱。

另一種選擇是液體形式。但要液化氫氣，必須將其冷卻到絕對零以上20°C——即負253°C。很明顯，要實(shí)現這兩種形式的氫，我們需要使用能量——要么用于超高壓縮，要么用于冷卻。

使用氫氣的優(yōu)勢是巨大的——1公斤氫氣攜帶33.3千瓦時(shí)的能量。這意味著(zhù)它每公斤攜帶的能量是目前最先進(jìn)的電池組的167倍!

豐田Mirai的氣態(tài)H2罐由聚酰胺和碳纖維制成豐田Mirai的氣態(tài)H2罐由聚酰胺和碳纖維制成

電池與氫氣

那么，最首選的方式是什么?攜帶電力或在汽車(chē)上生產(chǎn)電力?出于幾個(gè)原因，汽車(chē)行業(yè)目前似乎偏愛(ài)電池組。

首先，PEMFC的效率在60%左右。天然氣的蒸汽重整效率為70%，而電解的效率為75%。氫氣的壓縮效率約為89%，而液化氫氣的效率約為66%。下表匯總了電池組和氫氣之間的所有損失并進(jìn)行了比較。對于氫氣，已使用最有效的方案。

效率比較 氫 電池組

電解(%) 75 -

氫氣壓縮(%) 89 -

燃料/電網(wǎng)運輸(%) 80 93

燃料電池(%) 60 94

永磁電機(%) 94 94

DC/AC轉換(%) 93 93

收費(%) - 94

傳播(%) 95 95

總效率(%) 27 73

根據上表的數據，燃料電池解決方案呈現出與汽油發(fā)動(dòng)機內燃機汽車(chē)幾乎相同的效率。就目前而言，燃料電池在乘用車(chē)中毫無(wú)意義。這就是為什么大多數制造商似乎偏愛(ài)電池組解決方案，即使它有其局限性。

還需要注意的是，同樣的距離，加氫的成本是在家里給電動(dòng)汽車(chē)充電的7-8倍。也許重型卡車(chē)有氫的空間，因為它的能量密度非常高，但前提是我們想出一種以可持續方式生產(chǎn)它的方法。

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