最可能平替油车的【氢燃料车】,为何总难产?
虽说近几年电动汽车销量飞涨,但争议一直存在。
(资料图片)
相当一部分人认为:电动汽车不环保。
这种观点不无道理,尤其在中国,大部分电来自烧煤获取,这个过程排放出大量烟尘、硫化物、污水等。
此外,废弃动力电池的回收也不够成熟,未来也将成为一个重要的污染源。
图注:火力发电站
因此,不少人把希望寄托在“氢燃料电池车”,给出的理由也相当有诱惑力。
1.中国是全球第一产氢大国,光2021年就产氢3300万吨;
2.只排放水,真正实现0排放;
3.加氢快,堪比加油;
4.续航较长,超过600乃至1000km都不难;
5.以丰田、本田、现代为首等品牌,相继推出量产版的氢燃料电池车,而且价格“尚可接受”。
以丰田Mirai为例,加氢3分钟,续航300km,日本本土价格约为35-40万人民币。
图注:丰田推出的Mirai氢燃料电池量产车
这么看来,氢燃料电池车就像是传统燃油车的完美平替。那,为什么氢燃料电池车还没普及?
难道,美好的表象下另有隐情?
本文,我们一起来认识下氢燃料电池车的真实情况。
※文中内容仅是冰山一角,仅供参考。
1制氢并非没有污染
很多人只看到氢燃料电池车的“0排放”,殊不知氢的制造过程同样是产生污染的。
目前主流的制氢方法共有8种,分别是煤气化制氢、天然气制氢、甲醇水蒸气重整制氢、电解水制氢、工业副产制氢、光解水制氢、热化学裂解水制氢、生物质制氢。
其中,前三种是最广泛的方法,但它们都存在较严重的污染问题。
煤气化制氢,即先将煤炭气化得到以H2和CO为主要成分的气态产品,然后经过CO变换和分离、提纯等处理获得一定纯度的氢,其生产过程中排放大量的二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫等废气,还伴随着废水排放。
天然气制氢,原理是先对天然气进行预处理,然后在转化炉中将甲烷和水蒸汽转化为一氧化碳和氢气等,余热回收后,在变换塔中将一氧化碳变换成二氧化碳和氢气的过程。
我们也能看出,排放污染物是以二氧化碳为主的温室气体。
甲醇水蒸气重整制氢,原理是在催化剂作用下,甲醇与水蒸气在一定的温度、压力条件下发生甲醇裂解反应和一氧化碳的变换反应,生成氢和二氧化碳,重整反应生成的氢气和二氧化碳。
然后经过变压吸附法将它们分离,从而得到高纯度氢,这种方法依然排放出大量二氧化碳。
而过量的二氧化碳,是造成温室效应的“罪魁祸首”,危害一点不输于动力电池。
图注:温室效应导致的冰川融化
那么,初中化学必考的“电解水制氢”,能否行得通?
原理上,这确实是最环保和理想的制备方法,但遗憾的是成本很高。
据业内给出的数据,电解水制氢的成本约40元/公斤!
按照约0.4元/度的家用电算,40元可以充满一辆100度电池容量的纯电动车,续航可长达600km+;
但40元制造的1kg氢,可能只够一辆丰田Mirai燃料电池车行驶240km(该车跑1359公里需消耗5.65kg氢气)。
2氢燃料电池车的技术壁垒
1、能源效率低
有专家估算,氢燃料电池车从注入氢气开始,算上中间的化学物理反应至最后产生电,再驱动汽车行驶,氢的利用率仅约60%左右。
而电动汽车直接从电池获取电,省去复杂的过程,效率高得多。
2、催化剂的稀缺
氢燃料电池需要用铂这样的贵金属做催化剂,因为普通的氢分子性质较稳定,由两个氢原子牢牢抱在一起。但燃料电池反应必须要用到氢原子,只有用铂才让氢分子变为氢原子。
图注:铂金矿
但中国已探明的铂金属非常稀少,储量只有119 吨。根据单辆氢燃料电车约20克的铂消耗量计算,哪怕将所有的铂都用来做催化剂,也最多满足595万辆氢燃料车。
而现在中国的动力电池电动车保有量早已超过一千万辆,拿什么来拼?
3、氢的运输和储存难题
氢气是一种高危气体,不仅具有很强的易燃易爆性,还有一定的毒性,因此需在运输安全性上投入较大,成本高。
目前国内氢运输主要有气态氢、液态氢和固态氢。
而气氢由于成本低是最主流的方式,但运输效率也很低。40吨重的长管拖车,大约能运输400kg的氢气,相当于70辆丰田Mirai加满一次氢,就用完了。
第二种相对主流的,就是液氢运输。但也有一些技术难点:储氢罐的成本高昂;安全性问题;蒸发损失大;氢的液化耗费等等。
总之,氢的运输,简直令人头疼!
除了以上三点外,现阶段的氢燃料电池车还有诸多问题难以解决,比如可靠性和耐用性达不到预期。
3短期难普及,但希望犹存
虽然燃料电池车的发展之路远比想象的坎坷,短期内要普及到千家万户,恐怕希望不大。但国家仍将它视为重要的战略技术储备,大力补贴和支持。
而且现阶段下,燃料电池车也摸索出一套适合的应用场景,比如商用车运输。
一方面,氢燃料电池车的集成度不高,加上储氢罐、电机和各种零部件,需要占用较多空间,更适合布置在大型车上。
在上海,已经有数千辆氢燃料电池车在营运,包括从安亭到虹桥机场的接驳巴士、货运物流车等。
另一方面,加氢站的建设成本很高,每一座都投入超过千万人民币,这决定了它们无法像普通充电桩那样快速铺网,但商用运输车的路线比较固定,可以定点补氢。
上海第一座加氢站,就建在汽车博览公园内,来上海汽车博物馆参观的小伙伴可顺道去参观。
图注:临近上海汽车博物馆的加氢站
最后,有专家预测,北方地区可能是氢燃料电池车的“主要阵地”,因为北方煤资源丰富,可就地制氢,节约运输成本。
当然,氢燃料电池车补氢快、续航长的优势,也更符合北方地区冬季用车需求,刚好和纯电车形成“互补”。
4写在最后
氢燃料电车最终能否取代动力电池纯电车,或者是共存关系,这个没人能给出确切答案,让我们拭目以待吧。