南阳水氢汽车的技术探寻

2020-04-26张海平陈德皓李茂营

科技视界 2020年4期

关键词：氢能制氢燃料电池

张海平　陈德皓　李茂营

中图分类号： TV698.1 文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.04.68

1 神车初现

2019年5月23日，刊发于《南阳日报》，名为《水氢发动机在南阳下线，市委书记点赞！》的文章突然火爆网络，该文章报道称：水氢发动机可以让车载水实时制取氢气，车辆只需加水即可行驶。

2 大众反响

装载该水氢发动机的车辆被网友戏称为“南阳神车”，该篇文章报道在刷遍微博和微信朋友圈等网络平台时便遭到了网友的普遍质疑。这一“发明”让人联想到“水变油”以及“巴铁”等骗局。

3 负责人回应

5月24日，澎湃新闻对话涉事企业负责人、青年汽车集团董事长庞青年，他声称：首先，只加水车就能跑，肯定不符合能量守恒定律，水氢发动机里还含有纳米级的氧化铝、催化剂等其它物质。水氢发动机只是当地媒体的简称，这个车应该叫车载水解制氢氢能汽车。其次，由博士、博士生导师等组成的科研团队从2006年开始对相应技术进行研发，但目前尚未申请专利，技术以及研发成本处于保密状态，但加了水和料（氧化铝、催化剂等物质）后，汽车就能行驶300-500公里[1]。

4 技术储备

4.1 专利申请情况

对于该公司的专利申请情况，作者以申请人和发明人为入口进行检索，最终检索到专利234件（见图1），其中发明专利授权案件为3件，实用新型全部失效，且授权案件专利与该水氢发动机并无关联。

图1

4.2 水氢技术来源

既然青年汽车集团确实没有申请相关专利，那青年汽车水氢发动机的制氢技术究竟是什么？该技术从何而来？原来，被称为“水氢发动机”的相关核心技术来源于湖北工业大学相关科研人员的发明专利，其发明名称分别为“一种水解制氢铝合金及其制备方法”以及“一种水解制氢铝合金及其制备方法和应用”，其中，第一个专利已被授权（专利号为ZL201610564832.5，发明人为董仕节、罗平、官旭、熊灿），第二个专利（申请号为201910117543.4，发明人为罗平、董仕节）处于实质审查阶段。而上述两项发明专利已被独家授权给南阳市青动能源科技有限公司，允许其在4年的授权期间使用。2019年5月26日湖北工业大学发布了相关说明，声称：铝容易与水反应，但通常条件下由于铝表面与空气接触，会覆盖一层致密的氧化膜，阻碍金属铝与水的接触反应，因而如何有效去除铝表面的氧化膜，加速反应的进行，提高转化率是铝水反应的关键[2]。其中，授权专利ZL201610564832.5提供了一种水解制氢铝合金及其制备方法，包括如下质量含量的组分为原料：Al70～98wt%，Ga0.5～10wt%，In0.5～10wt%，Bi2O30.5～10wt%，SnCl20.5～10wt%，进行球磨得到水解制氢铝合金。Ga和In为低熔点金属，在球磨过程中会破坏铝表面致密的氧化物，提高铝水反应的反应活性;Bi2O3和Al在球磨过程中原位生成Bi，破坏金属铝表面的氧化膜，提高材料的水解制氢性能;球磨过程中，SnCl2作为助磨剂消除铝粉的团聚现象，并且可使得金属铝表面产生大量的新鲜表面和缺陷，提高材料的水解制氢性能。将得到的水解制氢铝合金粉末与25℃水混合进行水解反应，测试水解制氢性能，结果表明，该方法制备得到的水解制氢铝合金在25℃的水中即可立即反应生成氢气，没有反应迟滞时间，最终产氢量可达1220mL，最终产氢率可达98%，可以达到实时制氢和实时供氢，适用于为氢氧燃料电池汽车提供高纯氢源。申请专利CN201910117543.4公开了一种水解制氢铝合金及其制备方法和应用，其由如下质量百分含量的原料组成：Al90～95wt%和添加剂5～10wt%;所述添加剂为金属单质、金属氧化物和金属氯化物中的一种或多种;所述金属单质包括镁（Mg）、锑（Sb）、锌（Zn）、铅（Pb）、镉（Cd）、铋（Bi）、锡（Sn）、钾（K）和钠（Na）中的一种或多种;金属氧化物包括氧化镁、氧化锑、氧化锌、氧化铅、氧化镉、氧化铋、氧化锡、氧化钾和氧化钠中的一种或多种;金属氯化物包括氯化镁、氯化锑、氯化锌、氯化铅、氯化镉、氯化铋、氯化锡、氯化鉀和氯化钠中的一种或多种。该水解制氢铝合金采用机械合金化的方式制备而成。通过向铝中添加特定种类的金属单质、金属氧化物或金属氯化物，提高了合金的活性，从而提高了材料的水解制氢性能;且使用的添加剂为价格低廉的金属单质、金属氧化物或金属氯化物，与Ga或In等成本较高的金属相比，在保证产氢性能的同时，大大降低了水解制氢铝合金的成本。且湖北工业大学董仕节教授科研团队从2006年开始研发相关技术，也取得了相应的成绩，例如在2017年获批“水解制氢用高活性微纳米Al-Ga-In-Bi2O3-SnCl2材料的制备及产氢机理”这一国家自然科学基金会项目。

可见，青年汽车的制氢技术来源于该团队的授权专利。且董仕节教授对此解释道：“通过我们的特殊材料和相关技术装置可以将水转换成为氢气，再通过氢燃料反应堆，产生电能，然后驱动车载电机和引擎，驱动汽车行驶，这一整个系统应该叫做车载水解即时制氢氢能源汽车”。即该技术并不是在一个装置里加水就可以产生氢气，而是新型制氢材料、制氢装置共同起作用的结果[3]。

4.3 可行性研究

科学角度：车载水解制氢氢能汽车=氢能燃料汽车+铝/水即时产氢系统。

经济角度：首先，每行驶300km需加水300kg，以及另加超过100kg的铝合金粉末，估算下来，一辆续航300km的汽车需要装上400kg的“燃料”，折合成本约为150元/百公里，其远高于氢能燃料汽车的70元/百公里以及传统燃油汽车的50-60元/百公里。因而从经济角度考虑，该车载水解制氢氢能汽车还需在如何降低使用成本方面下足功夫。

4.4 国外研究状况

俄罗斯国家研究型大学“莫斯科钢铁学院”发表在《Powder Technology》科学期刊发表的文章显示，校科研团队采用“铝-水”系统以废铝作为反应物研发出化学制氢的整套技术。研制出废铝制氢的氧化剂，并设计制造出制氢实验装置。装置适用于处理废铝及其它水解金属以制备氢燃料，具有可靠的防爆性。铝与水反应所产生的氢气可用于燃料电池发电，15克重量的饮料易拉罐储藏的化学能为255千焦耳，折合成的能源可使油耗5升的汽车行驶20米。俄罗斯每年可产生20-30亿个铝制易拉罐，约合4万多吨纯铝，而整个欧洲再生铝市场规模达千万吨，其中一半未被有效利用，浪费的能源大约为130太焦耳[4]。

4.5 氢燃料电池

我国目前在走电动汽车以及氢燃料电池汽车两条发展道路，且在2019年，氢燃料电池汽车迎来了政策、市场的强劲东风[5]。在2019上海国际汽车展览会上，氢燃料电池汽车闪亮登场，耀眼世界。氢燃料电池汽车是通过利用氢燃料电池作为提供电动机以及汽车其它需要电力部件的电源，进而替代传统的内燃机，从某种意义上说，氢燃料电池汽车是一种真正打破传统观念的高效、节能、零排放、无污染理的想型汽车。然而，国产燃料电池产品成本高、里程和寿命短，质子交换膜、膜电极等燃料电池关键材料还高度依赖进口，生产能力不足，由此导致氢燃料电池汽车产品价格居高不下。在储运方面，实现氢能规模化、低成本的储运仍然是我国乃至全球共同面临的难题。高压气氢作为目前国内外主流的氢能储运模式，还存在储氢密度仍然不够高、储运成本太高等问题[6]。上述这些原因都严重影响了氢燃料电池汽车的应用。

4.6 经济补助

2019年10月11日，工信部官网发布《关于2017年度新能源汽车推广应用补助资金清算审核情况的公示》及相关附件显示，金华青年汽车制造有限公司的9个型号的车型全部成功通过专家组的核定，并获核定清算补助资金1.18亿元，然而上述9个车型均是纯电动城市客车而非“水氢汽车”。

5 总结

（1）南阳神车：氢能燃料汽车+铝/水即时产氢系统。

（2）原理上行得通，但现实中还行不通。相对于技术的真实性，其高昂的成本、能源转换环节过多、效率损失和现时条件下无法量产等才是引发质疑的关键所在。而“南阳神车”能够跑多远，还是要看它在多大程度上尊重了科学规律和经济规律。

（3）2018年我国燃料电池汽车产销量为1527辆。而截至2018年底，我国正在运营的加氢站仅20多座。2018年12月15日，人民日报刊发了国家领导人对于新能源汽车产业发展的看法，重點强调了当下应加大对氢燃料电池发动机的研发力度，显然也是预示着我国也将在氢能源领域发力，但要走的路还很漫长。

参考文献

[1]澎湃新闻网站https：//www.thepaper.cn/newsDetail_forward_3523914.

[2]湖北工业大学官网http：//kjcy.hbut.edu.cn/contents/143/11505.html.

[3]搜狐网站https：//www.sohu.com/a/316542972_412025.

[4]搜狐网站https：//www.sohu.com/a/238877056_618917.

[5]张夕勇.氢燃料电池汽车商业化还需迈过三道关[J].科技日报，2019（7）：1-2.