科技说 | 氢:能源不可承受之“轻”

  • 发表于: 2018/12/21 08:08:00 来源:车云网

氢经常被看做是未来清洁能源的积极代表,但这并不意味着它没有缺点。

关于氢能源的题材,车云菌经常接触,也经常会写一些相关报道。但是在传播这种能源形式绝对清洁一面的同时,“我”其实也在琢磨氢能源的不利一面。

毕竟,凡事都有两面性,我始终相信事物的优点和缺点都是对等的,优点越不可以被忽视,缺点就越显而易见。那么,我们不妨聊聊氢能利用的“不可承受之轻”。

首先以我们熟悉的氢燃料电池车为例:或许我们从很多渠道都听说了氢燃料电池车的种种优势,比如加注燃料快,最终排放产物只有水等等……但是在车云菌看来,氢燃料电池车很难说是完全彻底的新能源车,因为它需要不同程度地依赖传统燃油车的基础设施建设,同时还不能脱离电动车技术独立存在。

对氢燃料电池车来说,它也需要固定的氢燃料加注场所,这就跟燃油车需要加油站一样,由于氢在中国属于受管制的危化品,所以普通人接触氢的方便程度其实比接触汽油还要低。之所以对氢管制的如此严厉,是因为氢气在空气中的体积浓度只要介于4.0%~75.6%之间,遇火源就会爆炸——远远比汽油危险多了

正是由于这种延续自燃油车的“续命方式”,使氢燃料电池车不能像电动车那样,让消费者自己在家就可以完成充电过程,而且加注燃料的过程也不能离开人在一旁监督,这无疑相比较于电动车有了一些不“新”的地方。

氢燃料电池组(堆)氢燃料电池组(堆)

其次,氢燃料电池车本质上还是一辆电动车,它与电动车相同的地方,是二者都需要成熟的三电系统;不同的地方是,它把电动车挂在底盘下边的那个大大的扁扁的电池组,变成了若干不同体积的高压氢气罐,并依靠一个燃料电池组,把氢气通过化学反应变成水和电,并用生产出来的电来驱动车辆。

所以,从工作原理上来说,氢燃料电池车特别像一个增程式电动车,只是这辆车的动力系统中的汽油和发动机增程部分,分别变成了氢燃料电池车上的氢气罐和燃料电池组。

这也意味着,氢燃料电池组的性能成为了这辆氢燃料电池车的“性能瓶颈”,眼下,韩国现代汽车的氢燃料电池车NEXO(下图)的氢燃料电池组的功率设计为120kW,丰田Mirai和本田Clarity这两款车的氢燃料电池堆的设计功率分别为114kW和100kW。

事实上,这个功率水平也就是眼下氢燃料电池车所能允许的性能极限了,如果想把氢燃料电池组的功率提高,那么随之而来的重量和体积增加都是这些产品所不能承受的。

但最重要的,提高氢燃料电池组性能导致的成本上涨,将成为压垮氢燃料电池车的“最后一板砖”,因为眼下的氢燃料电池组技术,都严重依赖“铂”这种贵金属来让氢气和氧气产生的化学反应。

所以眼下提供给私人用户的氢燃料电池车,是没有所谓的高性能版本的,这一点就让它相比于传统的燃油车和电动车,看起来更接近一个概念化产品。

铂矿石铂矿石

既然谈到了“铂”,我们就可以聊聊氢燃料电池车对这种金属的依赖,将要带给它的不确定性。

眼下,铂的工业应用主要来自于汽车尾气净化剂、燃料电池汽车、平板玻璃等行业。有来自于网络的数据显示,2010年全球售出的245吨铂当中,有113吨(46%)用于汽车催化转换器的生产制造;76吨(31%)用于首饰;其余35.5吨应用在了投资、电极、抗癌药物、氧传感器、火花塞和涡轮引擎等方面上。

所以,如果燃料电池车开始大规模推广的话,那么只要基础燃料电池技术没有革命性的优化,那就势必推高铂在国际市场上的售价(和燃油车争夺铂),从而把我们对石油的依赖转移到了对贵金属矿产资源的依赖上

而铂矿在全世界的分布却极不均衡,根据网络数据显示,南非占世界铂的总储量的82.3%(目前发现的),因此这对于那些矿产资源稀缺的国家来说,确实不是一个好消息。

背个大氢气罐的燃料电池车背个大氢气罐的燃料电池车

所以,眼下氢燃料电池车确实无力作为一个能独当一面的新能源解决方案,在和传统燃油车与新兴电动车面对面叫板时,它能给制造商、行业和消费者带来的收益也是可以忽略不计的(事实上现在还没有谁可以在不依赖补助的前提下,通过制造和销售氢能源车实现盈利)。

但是,如果把它看做是介于传统燃油车和新兴电动车之间的一个“补缺”型产品,它的存在意义就比较清晰明了了。

比如说,我们现在经常抱怨传统燃油客车和货车带来的污染严重,但是想把这些污染大户全部换成电动车又从技术角度来说很难说服客户,因为惜时如金的物流服务供应商,可没有那个公益心让你把宝贵的时间花在给拖头充电上。

氢燃料电池大巴车氢燃料电池大巴车

但是如果让氢燃料电池技术来解决这个,理论上就可以取得比较好的效果:一方面大型商用车辆的产品形态意味着它对氢燃料电池组的体积和重量不敏感,因此可以考虑采用对贵金属不那么依赖的技术策略;同时,加注氢燃料方便,不需要背负笨重的电池组的优势,又使氢燃料电池拖头、大巴车相比纯电动车具有先天优势。

与此同时,氢气作为一种优秀的储能介质的特性,也意味着它比电更适合分布式发电系统的储能需求,毕竟如果保存技术得当,氢气可以像化石燃料一样可靠储存,但是电池就没法做到这一点(会自然而然地跑电)。

因此,在那些偏远地区,依靠氢作为能源储存介质便是一个非常好的解决方案。事实上,丰田和本田在自己的氢燃料电池车的说明书中都会加这么一条——在必要的时候(日本多发地震,很容易导致区域性的停电),氢燃料电池车可以作为一个小型能源站来使用,所发的电可以供应一个家庭应急一定时间

事实上,对氢气的直接利用在航天领域早已有了成熟案例。美国每次发射航天飞机时用的火箭,使用的就是液氢液氧燃料(1:6的比例),这种燃料相比于液氧煤油、偏二甲肼等传统火箭燃料,热值更高,提供的比冲也更大,所以这也是氢能源吸引我们的一个重要因素。

基于以上所说的,车云菌想表达的意思是:氢能源作为一种从结果来看足够清洁的能源形式,在发展的过程中更需要关注前端生产环节、流通环节带来的能源耗费和环境污染,如果是为了生产足够清洁的氢而浪费了大量的化石燃料则是非常不足取的

同时,在氢燃料技术的推广和迭代过程中,不能把它从传统化石燃料体系与较新的电动技术体系中剥离出来,要寻找它能为传统能源体系进行升级的机会,以及为电动体系弥补不足的可能,比如说像之前吵的沸沸扬扬的蔚来“奶妈车”,其中的燃油车角色如果换成燃料电池车,或许整件事看起来就不会那么违和了。

期待一个结构多元化的、清洁的能源社会能早日实现,车云菌觉得自己还是有机会能看到那一天的。

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