氢能源汽车时代会到来吗

丁晟罡

2022年以来，我国油价直线飙升，6月已进入了“10元时代”，车主们纷纷表示要勒紧裤腰带过日子了。

加快普及传统能源汽车的替代品，已是迫在眉睫。新能源汽车虽然已经进入大众视野，然而纯电动汽车充电的时间长，受环境温度限制，锂电池所不可或缺的锂元素供应链在不久的未来也将面临短缺，这些都使人担忧。而在东京奥运会以及北京冬奥会上崭露头角的氢能源汽车使大家耳目一新。集零排放、短充电时间、长续航于一体的氢能源汽车，似乎成为新能源汽车中的“新宠”。

氢能源汽车的历史渊源

法国发明家Francois Isaac de Rivaz于1806年设计了De Rivaz发动机，这是世界上第一台使用氢氧混合物运行的内燃机。但受当时的技术水平所限，制取氢气远比使用蒸汽、汽油等资源复杂得多，氢气内燃机并未获得更多发展。

东京都市大学的研究人员从1970年开始研发氢内燃机，先后开发了氢燃料巴士和卡车。

2000年，在美国加州大学河滨分校CE-CERT首席工程师James W.Heffel领导的一个项目中，一辆F1赛车被改装为使用氢气运行，它的速度可以达到174千米/时。

在2005年至2007年期间，宝马汽车测试了一款名为BMW Hydrogen 7的豪车，这款车由氢能源驱动，在测试中达到了301千米/时。

然而，大多数国家对氢能源汽车仍无兴趣。

氢能源汽车的优势和不足

不过，氢能源汽车的开发在最近受到了更多的关注，特别是对于重型商用车。这样做的部分动机是作为满足未来二氧化碳排放目标的桥接技术，以及与现有汽车知识和制造更兼容的技术。

氢能源汽车所用的氢燃料电池的优势主要在于：其电化学反应的副产物只有水，没有任何温室气体或污染物。在阴极，每一个氢分子解离为两个氢质子，释放出两个电子;阳极上，空气通过管道或导气板到达阴极，在阴极催化剂（如金属铂）的作用下，氧分子和氢离子与通过外电路到达阴极的电子发生反应生成水。同时，氢气相对安全。氢氧爆炸实验和氢气球的爆炸似乎让大多数人认为氢燃料电池存在极大的安全隐患，但是其工作原理其实只涉及电化学过程，并不会存在点燃的步骤，所以并不会发生爆炸。此外，一旦输气管道建好，氢气很容易被运输和储存。作为气体形式的能源，在管道运输过程中不用花费过多能源，同时在高压状态下，氢气的体积可轻易缩小至原先的数百分之一。另外，氢气的热值较高。由于其极小的相对分子质量，氢气的能量密度是石油的3倍、煤炭的4.5倍。

然而，对于氢能源汽车也有不同的声音。特斯拉的首席执行官埃隆·马斯克就在2015年表示，由于氢气的生产、运输和储存效率低下以及气体的易燃性等，用于汽车的氢燃料电池永远不会在商业上可行。诚然，氢气管道的一次性建设费用特别高，每千米的价格要比天然气管道贵1～2倍，而且其建设也关乎民意。对绝大部分加氢站来说，由于难以实现规模效应，用管道加氢是不现实的，于是只能采用传统运输方式——货运氢罐。传统方式所带来的问题在于拉货效率十分低下。由于氢气本身密度极小，即使将压强加至上千个大气压，其运载效率也只有运输正常貨物的3%～5%，这样就会造成大量能源的浪费。

此外，还有专家指出，生产氢气仍然是一个非常耗能的过程，并不环保。目前，制备氢气的最主流方式是蒸汽甲烷重整，即将甲烷进行炭化处理，使其放出氢气，再将生成的碳粉与水蒸气反应，生成一氧化碳并进一步生成氢气。但此技术中使用的甲烷，大约会有7%泄漏到大气层，而甲烷分子在较长时间内的温室效应大约为二氧化碳的25倍。另一种常见方法是电解水，虽然只需要利用电能，但电能又大多来自化石能源，还是避不开大量的温室气体。因此，固然氢燃料不会产生温室气体，但在制造过程中造成的温室效应也不容忽视。

氢能源汽车的前景

纵使存在着不足、面临着挑战，发展氢能源汽车的脚步也不会停滞不前。我国也已提出了面向2035年氢燃料电池技术系统的发展方向。

由于催化剂铂价格昂贵，氢燃料电池曾被视为成本无法下降的产品。然而，就在2022年4月，英国伦敦帝国理工学院开发出一种由铁制成的催化剂，能大大降低氢燃料电池的成本。相信在不久的将来，这项技术就会投入生产。上述氢气制备、运输以及储存的问题也将会有解决方案，只是需要不断地探索。

若说纯电动汽车是一个刚会走路的孩子，那么氢能源汽车还只是一个襁褓中的婴儿。即使不被看好，氢气这样本身近乎完美的新能源，也很有可能在未来大放异彩。

（责任编辑：白玉磊）