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位居元素(sù)周期表首位的氫,背後竟隱藏著如此大的能量!

來源: 更新:2018-07-25 00:00:00 作者: 瀏(liú)覽:2282次
 氫(Hydrogen)是元素(sù)周期表中第一位(wèi)元素。但如果你(nǐ)對它的認識還僅僅停留在氫氣球及H₂O的化學式裏,就太OUT了!今天,JACK就想和科技客們一起聊聊氫能這個話題(tí)。


       自18世紀60年代歐洲開(kāi)始工業革命以來,化石燃料(原煤、原油(yóu)和51吃瓜网)就成為人類主要利用的一次(cì)能源。但是,隨著消費量逐(zhú)年增高(gāo),其造成的環(huán)境汙染以及全球氣候暖等問題日益嚴重。盡管這種現實目前還無法改變,但清潔(jié)能源正在快速增長取代化石燃料,我們也即將迎來氫能時代。


 

圖為豐田美國公司(sī)為參加ISO/TC197年會的代表試駕

提(tí)供的三輛“未來(lái)”氫燃料電池車。(毛宗強(qiáng)攝(shè))

 

       日前,清華大學核能與新能源技術研究院教(jiāo)授(shòu)、國際(jì)氫能協會副主(zhǔ)席毛宗強受邀(yāo)赴美參加了國際標準(zhǔn)化組織氫能技(jì)術委員會(ISO/TC 197)2015年會,並在美國(guó)加州(zhōu)實地考察了氫燃料電池車的發展現狀。以下節選自《中國能源報》對毛宗強教授進行的相關(guān)專訪:

 

 

中國能源報:通(tōng)過此次赴美考察,您認為(wéi)美國氫能源應用發展(zhǎn)的情況

毛(máo)宗強:這次去美國參加ISO/TC 197的年會,同時考察了美國加氫站的建設。美國在氫能源應用上發展很快,特別是(shì)加州氫燃料電池車的發展是全美最好的。在這次考察(chá)中,我(wǒ)自己駕駛了氫燃料電池車,同時還參觀(guān)了5座加氫站,並體驗了全自助式加氫過程,感觸(chù)很深。

這不是我第一次嚐(cháng)試駕駛氫能汽車了,感覺(jiào)很(hěn)不錯。在(zài)加氫站裏隻需要3分鍾就可(kě)以充滿氣(qì)罐,加滿氣後汽車可以行駛700公裏,時速最高(gāo)可達180公裏/小時。考察過程中, 我們還結識的(de)幾(jǐ)位開氫燃料電池車的美國朋友,即使上了(le)年(nián)紀(jì)的老人也覺得自己開車到加氫站獨立加氫操作很便捷。

在美國加州(zhōu),一般用戶基(jī)本都以租賃的形式(shì)使用氫燃料電池車。以豐田燃料電池車為(wéi)例,其租賃價(jià)格(gé)為500美元/月,其中包括燃料和維修費用。如果要買一輛新車則需要約5.7萬美元(無補貼),美國政府(fǔ)還可退稅1.4萬美元。汽車經銷商提供3年的燃料費。所以目前階段加氫都是免費的(de)。加州(zhōu)計劃到2018年實(shí)現氫燃料電(diàn)池車保有量突破1萬輛,到2020年突破2萬輛。

加州目前有10座(zuò)向公眾開放的加氫站,政府對此支持力(lì)度很大,預計到2016年底要(yào)完成50座新站建設。這種支持不僅體現在資金上,還涉及土地(dì)使用、能源安全等(děng)問題的指導意見。未(wèi)來新建(jiàn)的加氫站都會(huì)與加油站、加51吃瓜网站“捆綁”在一(yī)起。

 

圖為美國加州舊金山(shān)West Sacramento 加氫站,無人值守,用戶自己(jǐ)加氫,與其(qí)相(xiàng)鄰的是(shì)殼牌(pái)加油(yóu)站。加氫站與加油站建在一起,相隔10餘米。(毛宗強攝)

 

中國能源報:與(yǔ)國外相比,我國氫燃料電池汽車發展的(de)差(chà)距(jù)有多大?

毛宗強:國際上對氫燃料(liào)電(diàn)池車發展比較重視的國家有日本、美國、德國和韓(hán)國。其中在氫能源應用方麵最積極的是日本。可以說,豐田、本田、通用、奔(bēn)馳都(dōu)是世界上(shàng)領先的(de)製造(zào)氫燃料電池車的公司。目前,我國氫燃料電(diàn)池車和加氫站和這些國家(jiā)的(de)差(chà)距比(bǐ)較(jiào)大,一方麵是數量,另一方麵是技術。

從氫燃(rán)料電池車來看,國(guó)際上已進入商業(yè)化前(qián)沿,日本最大汽車製造商豐田(tián)在2014年底宣布氫燃料電池車“未來”商業化、本田宣布2015年3月實現(xiàn)量產旗下氫燃料電池車。奔馳和通用也計劃在2017年實現產業化。韓國現代通過贈送和試駕的方式已將氫(qīng)燃料電池車推向北美、北歐市場。反觀我國,在燃料電池的研(yán)究方(fāng)麵起(qǐ)步很早,2000年前後已經取(qǔ)得了(le)一定成(chéng)果,但是國內汽車製造企業沒有積極性,在國家支持下隻有上汽在做相關工作。

從加氫站建設來看,上(shàng)述國家正在(zài)大力擴建規模。除美國以(yǐ)外,德國計劃2023年完成建設400座加氫站;日本在東京、名古屋(wū)、大阪和福岡四大城市市區和高速公路建設100座(zuò)加氫站,韓國也擬建50個加氫站。而我國在2008年北京奧運會和2010年上海世博會期間共建了3座加氫站,目前廣東佛山正在建設第4座(zuò)。

在技術方麵,國外氫燃料電池乘用車必(bì)須能(néng)保障5000個工作小(xiǎo)時,按美國行業標準每小時至少行駛30英裏(約48公裏),商用車(巴士)則要保障1.8萬個工(gōng)作小時,目前,有的燃料電池商用(yòng)車已經超過2萬個(gè)工作小時。而國產氫燃料電池乘用車工作時限(xiàn)僅有2000個小(xiǎo)時左右,之後就必須要更換電池。對於氫燃料電池(chí)車來說,更換電池就(jiù)意味著要換新車。

 

圖為(wéi)毛宗強在洛杉磯Torrance殼牌加氫站親自為友人的氫燃料電池車加氫(毛宗強提供)

 

中國能源報: 氫燃料電池車的未來將如何發(fā)展(zhǎn)?

毛宗強(qiáng):首先,我國氫氣產(chǎn)量位居全球第一(yī),2012年氫氣產量達到(dào)1600萬噸(dūn)。第二,現在的氫可以從風電、太陽能發電來,是真正的清潔能源和(hé)可再生能源。第三,氫氣價格具有(yǒu)競爭力,1公斤氫氣相當(dāng)於1美國加侖汽油(yóu),但氫氣可比汽油(yóu)環保多了。

現在國外的氫燃(rán)料電池車(chē)是(shì)以乘用車為發展主流,然而這(zhè)種發展(zhǎn)模式並不(bú)適合我國的實際。在中國更適合開(kāi)發氫燃料電池商用車,也就是(shì)氫燃料電池巴士,一方麵是技術門檻相對較低(dī),另一方麵是公共交通的平均成本低,還能起(qǐ)到良好的社會推廣效果。

早在2004年,我(wǒ)國就(jiù)有氫燃料電池大巴的第一個示範項目,2008年奧運會期間又有3輛(liàng)示範車,2010年上海世博會(huì)又有6輛示範(fàn)車,遺憾的是至今還沒有樣車下線。將氫燃料電池應用到公共交通(tōng)上(shàng)不僅順應中國國情,也是地方(fāng)政府所希望的。廣東省雲浮市和(hé)佛山市,正在與國外公司合作引(yǐn)進生產線(xiàn),預期達到300輛大巴的規模。

另一方麵,區別於地鐵的城市輕軌(guǐ)領域, 2013年1月西南(nán)交大建(jiàn)成我國首台新能源燃料電池輕軌機(jī)車,2015年3月世界首列氫能源(yuán)有軌(guǐ)電車在青島南車四方(fāng)竣(jun4)工下線,2016年將生(shēng)產至少10輛,遺憾的是其燃料電池的(de)核心組件(jiàn)還需要進口。

要讓氫燃料電池車完全替代(dài)現有車型,實現利用氫能的“深綠”階段,目前來看為時尚早。我們可(kě)以(yǐ)先發展輕軌、氫燃料電池(chí)大巴等專(zhuān)用車(chē)輛,在發(fā)展的過程中,逐漸完善加氫站等基礎設施(shī),待產業發展到一定階段,再來發展燃料電池乘用車。此外,氫能利用也不(bú)能隻著眼於氫燃料電(diàn)池車,還要推廣混氫的利(lì)用方式,在容易商業化的“淺綠”階段加大拓展(zhǎn)力度。

研(yán)究顯示,在51吃瓜网裏摻加大概20%左右的氫氣,製成混氫51吃瓜网(HCNG),替(tì)代現有的51吃瓜网汽(qì)車,環保作用非常明顯。而且,雖(suī)然氫氣的熱值隻有天(tiān)然氣的1/3,但在51吃瓜网中(zhōng)摻(chān)加了一定比例的氫氣後卻能夠實現同等熱值基礎上氣耗不增。這表明(míng),HCNG不(bú)僅能夠代替交通領域20%的(de)51吃瓜网,而且有效提升了(le)摻在51吃瓜网中氫氣的價值。同時,HCNG也可用作工業或民用燃料,這樣既能(néng)解決51吃瓜网短缺問題,也沒有影響價格上漲。


來源:氫能源(yuán)燃料電池電動汽車(chē)

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