機動車即將成為歷史,氫燃料安全問題亟待解決

機動車即將成為歷史,氫燃料安全問題亟待解決

在中國，提起汽車的電動化，很多人想到的就是離不開充電樁的純電動車。由于氫是地球上取之不盡用之不竭的能源，氫燃料是目前被公認為清潔能源，而且在驅動汽車時，排放的只有水氣，沒有二氧化碳，是真正的零排放，因此被視為節能減排電驅動汽車的終極解決方案。

數日前，江蘇如皋有一場“第二屆國際燃料電池汽車大會”，記者在會場上看到了眼下豐田正在世界范圍內進行推廣的氫燃料電池車——Mirai。

對大多數人來說，豐田的混合動力技術，可能是這個品牌最被消費者熟悉的“名片”，但是以Mirai為代表的氫燃料技術，其實是這個汽車品牌，甚至可能是整個世界能源未來在當下的一個具象化縮影。

能源利用的“石器時代”

航天飛機的主推進發動機用的就是液氫液氧作為燃料（1:6的比例）

在航天領域，液氫液氧作為燃料的利用歷史早已有之，相比于液氧煤油、偏二甲肼等傳統火箭燃料，液氫的熱值高，液氫液氧作為火箭燃料能提供最大的比沖；但在汽車行業內，以氫為能源的利用技術，卻離開實驗室并沒有多遠。

航天飛機運輸載具中，橙色的巨大燃料罐所儲存的就是液氫和液氧

氫燃料的應用困境：

首先，氫燃料不容易儲存，因為氫氣只有在液化后，才具有極高的熱值（作為火箭燃料時，氫氣均以液態形式存在），但液氫的沸點是零下252攝氏度，因此想大規模利用氫燃料，必須解決一系列維持液氫穩定存在的技術。在航天領域，液氫液氧作為燃料，僅僅是在火箭發射前的24小時之內才灌注到燃料箱體內，因此不存在維持低溫的需求（火箭燃料箱本身具有保溫作用，且火箭發動機工作時間很短，以秒計算）。

其次，在現有技術條件下，氫均以高壓氣態的形式儲存于在氫氣罐中，考慮到氫的分子體積非常小（H2），所以氫氣非常非常容易透過容器壁的分子間隙逃逸到外部空間。因此，氫氣罐的設計和制造，是氫儲存和運輸過程中的難題；

最后，在氫燃料電池系統中，負責將氫氧兩種元素接觸并發生化學反應，進而發電的電堆，是氫燃料電池的最核心技術。在眼下，如何把電堆設計得發電效率更高，體積更小、質量更輕、對貴金屬的依賴度更低（眼下的氫燃料電池需要使用大量的鉑）并具有更好的環境適應性（低溫啟動性），依然是不小的挑戰。

燃料電池的電堆和周邊設施

不過，對于豐田，對于豐田的mirai來說，氫能一直是最終極的新能源目標。從本質上說，Mirai就是個更加復雜的電動車，但是在車輛的續航性能和使用便利性上卻達到了和傳統燃油車一樣的方便，這一點相信在很長時間以內，都比電動車具有更好的競爭優勢。何況，眼下的Mirai的燃料電池系統中大量采用了普銳斯混動系統中的現成技術，這也讓其制造成本得以大幅度降低，因此，即使初代的Mirai成本高達1億日元/輛，但豐田依然沒有放棄這項技術并致力于將其成本一步步降低到眼下可接受的700萬日元的程度。

氫燃料電池車的安全之爭

大家提起“氫”，總會不由得生出一種“不安全”的感覺來，這一方面是大家對于氫氣易燃這個事情都了熟于心（氫氣在空氣中的爆炸極限是4%至74.2%，這是一個非常Niubility的數據），另一方面，稍稍了解航空歷史的人，也都會記得當年德國齊柏林飛艇的慘劇。

但是，我們能說攜帶著兩個氫氣罐的Mirai不安全嗎？其實車云菌覺得這個問題要辯證來看：首先，大家針對氫燃料電池車的安全之爭，幾乎全部聚焦在氫氣這個事情上，由此帶來的風險無非是兩種，一種是高壓氫氣罐爆炸時帶來的危險，另外一種就是氫氣燃燒時帶來的危險。

就第一種危險來說，任何一個廠家的氫氣罐在出廠的時候，都會經歷嚴苛的穿刺、撞擊、火燒等極端情況測試，并設計一個足以保障氫氣罐自身安全的系統策略，因此，想讓一個氫氣罐爆炸產生威脅，可能外界條件已經復雜到只能用存在于理論上來形容了。

其次，眼下氫氣的提純技術已經到了極為先進的程度，這與當年齊柏林飛艇在天空上飄來飄去的時代已經截然不同。此時，儲存在氫氣罐中的氫氣是以極高的純度存在著，發生自燃的可能性就是零。如果說當氫燃料汽車的氫氣罐在同等條件下，像傳統燃油車的油箱一樣發生自泄，那么氫氣的一些特性反倒會讓氫燃料電池車比傳統燃油車更加安全。

Mirai的加氫口

在一些測試過程中，當氫氣罐發生可控或者不可控的自泄時，高壓氫氣會以極高的速度從氫氣罐中沖出來，由于氫氣在環境中的濃度會瞬間變得極高，因此與空氣充分混合發生爆燃的可能性很低（離開濃度談燃燒就是在耍流氓），此時的高壓氫氣流倒是可能會沖滅一些火焰；同時，由于氫氣的分子量很輕，所以空氣中的氫氣會以很快的速度迅速逃逸到事故現場的上方，這與傳統燃油車在油箱泄露之后，汽油散布到事故現場并提供火焰原料相比要更加安全。

但是，如果氫燃料電池車在一個相對密閉的空間里發生氫氣泄露之后，帶來的風險確實難以預估，因為你不能嚴令禁止氫燃料電池車進入地下停車場等這類場所，不過在未來，估計隨著氫燃料電池技術的推廣，一些基礎設施建設也肯定會考慮到這方面的安全設計。

在離開氫燃料電池車的安全問題之后，我們必須面對的就是氫燃料電池汽車能給我們帶來的直接優勢和間接優勢。

首先，直接優勢就是氫將成為一種終極的清潔能源，氫燃料電池汽車的排放產物只有水，而且是純水。只要能解決氫氣生產制造環節的排放問題，在氫燃料電車的使用環節中，對環境造成的影響相比于燃油車來說將具有無可比擬的優勢（其實氫燃料電池隨著使用也會發生損耗，而且氫燃料電池系統中也有電池存在，但是這二者都可以通過回收實現廢物利用）。

豐田的氫燃料公交車

其次，氫能源的采用，將有利于合理改善現有的社會能源結構和能源利用率，大家都知道，我們身邊的發電廠是在沒日沒夜的“連續工作狂”，在用電高峰期，發電廠玩了命的發電以彌補供電不足；在我們睡覺的用電低谷，發電廠也需要持續進行發電以滿足“夜班”用戶的能源需求，此時，發電廠發出的很多電其實是被浪費掉了。

因此，如果氫能作為一種二次、三次能源服務于社會，那么在一次和二次能源供給過剩的時候，完全可以用多余的能源來進行發電制氫，然后在電力不足的時候，再把這部分氫氣轉換成電。在我們身邊，這類需要“削峰填谷”的能源關系比比皆是，大半夜無聊加班的火電廠是這樣的例子，絕對依賴自然條件的風力發電站和太陽發電站是這樣的例子，甚至是一些山區的小型水力發電系統，也有可能因為氫能源的介入，從而成為一個穩定可靠的能源提供角色，而在此之前，他們都是一些看老天臉色吃飯，說曠工就曠工的頑劣貨色。

氫能的利用現狀

氫能的利用前景

在我們面向未來構劃的理想社會中，氫氣很可能存在于我們生活的方方面面和角角落落之中，而滿大街跑來跑去的汽車，很可能再也聽不到震耳欲聾的發動機轟鳴（這似乎是個壞消息），同時也不會對環境產生那么大的壓力了。

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