【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 解制取。雖然氫氣本身的天然儲(chǔ)量不大，但作為氫的來源水資源卻十分豐富，而且氫燃燒后生成物質(zhì)還是水，能形成資源的快速循環(huán)。 氫氣燃料汽車，即以氫氣為能源的汽車，目前主要應(yīng)用的技術(shù)途徑有兩個(gè)：一是內(nèi)燃機(jī)汽車改用氫氣燃料；而是氫氣燃料電池電動(dòng)車，這依賴于燃料電池技術(shù)的發(fā)展。 氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)屬點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，可以有汽油機(jī)或柴油機(jī)改制 。通常的氫氣使用方法有壓縮氫氣汽車、液化氫氣汽車和吸附氫氣汽車三種。 與使用傳統(tǒng)能源的汽車相比，用氫氣做發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的汽車具有明顯的優(yōu)越性：潔凈無(wú)污染，能源轉(zhuǎn)化率高（ 40%以上），噪聲低，續(xù)駛里程可與汽油車相當(dāng)。同時(shí)，氫氣來源廣泛。對(duì)于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)只需稍加改造，就可燃燒氫氣。所以有人認(rèn)為未來的燃料是氫氣，氫氣燃料汽車是將來最有希望的交通工具。氫氣汽車還處于研究探索階段，真正應(yīng)用很少。 目前具代表性的就是 BMW 公司已經(jīng)量產(chǎn)的 Hydrogen 7，其搭載的是 XXVII 升的 V12 雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)， 可以達(dá)到 191 千瓦強(qiáng)大動(dòng)力， 時(shí)速 230 公里／小時(shí)。單獨(dú)依靠氫能可以行駛 200 公里。 既可以用氫驅(qū)動(dòng)，也可以用汽油驅(qū)動(dòng)（這款車完全可以以氫驅(qū)動(dòng)，之所以采用雙燃料油模式。是因?yàn)槟壳凹託湔具€沒有得到大規(guī)模的普及，當(dāng)氫被耗盡后，要有足夠的汽油來驅(qū)動(dòng)車輛）。液氫罐也通過碳纖維復(fù)合材料、真空隔熱層及鋁箔等材料有效地降低了熱傳遞，安全問題得到了很好的解決。但使用氫驅(qū)動(dòng)的百公里的費(fèi)用是使用汽油的 23 倍。因此，以氫氣作為汽車燃料暫時(shí)存在成本問題，加上加氫站數(shù)量不多，使用氫動(dòng)力車的普及受到了一定的制約。 第 3 章 汽車新能源的發(fā)展趨勢(shì) 3. 1 推廣清潔柴油車，開拓生物柴油市場(chǎng) 與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)具有高效率，低油耗，壽命長(zhǎng)。使用可靠等特點(diǎn)。 比汽油機(jī)的燃料消耗降低了 45%到 60%。平均效率卻要高出 25%。在歐洲使用柴油車已成大勢(shì)。據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，接近 50%的汽車都采用柴油發(fā) XXVIII 動(dòng)機(jī)；西歐國(guó)家 100%的重型車、 90%的輕型車都采用柴油機(jī)，歐洲柴油轎車已占轎車年產(chǎn)量的 32%，法國(guó)、西班牙、意大利等國(guó)更高達(dá) 50%以上，在德國(guó)，出租車基本上都是柴油轎車。作為一種成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，柴油車勢(shì)必在新一輪汽車能源競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)重要的地位。 除了傳統(tǒng)的柴油 發(fā)動(dòng)機(jī)，目前世界各國(guó)也在積極研發(fā)生物柴油技術(shù)。生物柴油取自天然植物。具有可再生，易于生物降解、燃燒污染物排放低等特點(diǎn)。在歐洲、生物柴油的份額已占成品油市場(chǎng)的 5%以上。此外，政府還免除生物柴油 90%的的稅收，極大地促進(jìn)了生物柴油產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。在美國(guó)，能源部及環(huán)保局也提出鼓勵(lì)使用生物柴油的政策，以減少對(duì)石油資源的消耗。 3. 2 發(fā)展液化石油氣、壓縮天然氣等替代燃?xì)饽茉? 在我國(guó)，燃?xì)馄囋诖萌粊砼镀囍姓嫉酱蠹s 90%的份額。美國(guó)的目標(biāo)是，到 2022 年， 7%的公共汽車、 50%的出租車和班車改為天然氣汽車。 到 2022 年，德國(guó)天然氣汽車數(shù)量計(jì)劃達(dá)到 10 萬(wàn)至 40 萬(wàn)輛，加氣站將由 180 座增加到至少 300 座。然而由于氣體燃料體積能量密度低，燃?xì)馄嚾匀淮嬖趧?dòng)力不足、行駛里程較短等缺點(diǎn)，這也會(huì)在一定程度上成為制約燃?xì)馄嚢l(fā)展的主要因素。 3. 3 開發(fā)推廣混合動(dòng)力汽車 混合動(dòng)力系統(tǒng)非常合適汽車行駛工況變化，能夠滿足汽車動(dòng)力性要 XXIX 求，統(tǒng)計(jì)表明在占 80％以上的道路條件下，一輛普通轎車僅利用了動(dòng)力潛能的 40％，在市區(qū)還會(huì)跌至 25％，更為嚴(yán)重的是污染環(huán)境。而混合動(dòng)力汽車則針對(duì)不同的道路環(huán)境實(shí)施不同的供能方案，能大大降低排放污 染程度。例如在城市運(yùn)行時(shí)，當(dāng)交通堵塞或遇到紅燈時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)關(guān)閉，當(dāng)車隊(duì)移動(dòng)時(shí)或信號(hào)燈轉(zhuǎn)為綠燈時(shí)駕駛者只要輕踩加速踏板，電動(dòng)機(jī)就能驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)。在市區(qū)內(nèi)當(dāng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)效率空轉(zhuǎn)或車輛移動(dòng)緩慢時(shí)，使用電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力源不但對(duì)環(huán)境有利，而且還減少了噪音。因此，越是在交通日益擁擠的大城市使用混合動(dòng)力汽車，就越能夠顯示出它的節(jié)能、環(huán)保、適應(yīng)能力廣的優(yōu)越性。平均油耗可降低 30%以上，同時(shí)混合動(dòng)力汽車的開發(fā)，也促進(jìn)了驅(qū)動(dòng)電機(jī)，動(dòng)力蓄電池技術(shù)的提高，帶動(dòng)這些新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為向燃料電池汽車轉(zhuǎn)型打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 3. 4 逐步轉(zhuǎn)向 燃料電池汽車，從而進(jìn)入氫動(dòng)力時(shí)代 燃料電池作為一種高效零污染電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換裝置，被認(rèn)為是汽車動(dòng)力電氣化核心部件的理想選擇；氫能燃料電池作為新一代汽車能源動(dòng)力系統(tǒng)的轉(zhuǎn)型目標(biāo)被全球所看好。人類通過持續(xù)不斷的努力。最終實(shí)現(xiàn)能源動(dòng)力系統(tǒng)的根本轉(zhuǎn)型。實(shí)現(xiàn)向氫經(jīng)濟(jì)過度。仍將是一個(gè)比較漫長(zhǎng)的過程。根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究，預(yù)計(jì)燃料電池轎車的大規(guī)模商業(yè)化大約在 2020年左右，最終的氫能經(jīng)濟(jì)會(huì)在 20402050 年之間實(shí)現(xiàn)。從而進(jìn)入氫動(dòng)力時(shí)代。 XXX 第 4 章 氫能源汽車 4. 1 氫動(dòng)力應(yīng)用于汽車的主要技 術(shù)途徑 氫氣燃料汽車，即以氫氣為能源的汽車，目前主要應(yīng)用的技術(shù)途徑有兩個(gè)：一是內(nèi)燃機(jī)汽車改用氫氣燃料；二是氫氣燃料電池電動(dòng)車，這依賴于燃料電池技術(shù)的發(fā)展 內(nèi)燃機(jī)用氫氣燃料 XXXI 氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)屬點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，可以由汽油機(jī)改制，也可以有柴油機(jī)改制。由汽油機(jī)改制要考慮噴氫器的安裝，由柴油機(jī)改制則要考慮加裝點(diǎn)火系統(tǒng)等問題。常用的氫氣使用方法有壓縮清漆汽車、液化氫氣汽車和吸附氫氣汽車三種。 壓縮氫汽車：壓縮氫汽車是指以高壓氣態(tài)攜帶氫的氫燃料汽車，氫氣一 2025MPa 的壓力儲(chǔ)存于高壓容器中。工作時(shí)經(jīng)降壓、計(jì)量和 混合后進(jìn)入汽缸，也可以直接噴入汽缸。由于燃料箱尺寸的問題，難以運(yùn)用于汽車上。 液化氫汽車：液化氫汽車是指以液態(tài)攜帶氫的氫燃料汽車，工作時(shí)液態(tài)氫經(jīng)升溫、降壓和計(jì)量，然后直接噴入汽缸，或在機(jī)外混合后進(jìn)入汽缸。一般是直接噴入汽缸。但由于氫氣要在非常低溫條件下（ 253攝氏度）才可液化成液化氫。因此液態(tài)容器必須耐超低溫，材料要求很高，管道及閥門要求有極高的絕熱能力及耐低溫能力，而且各街頭處還必須非常密封。因此也有一定的難度。 吸附氫汽車：吸附氫汽車是指以金屬氫化物或納米管攜帶氫的氫燃料汽車，工作時(shí)，儲(chǔ)存于金屬氫化物 或碳納米管中的氫釋放出來直接噴入汽缸，或在機(jī)外與空氣混合后進(jìn)入汽缸。 氫燃料電池電動(dòng)車 燃料電池是一種將儲(chǔ)存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能通過電極反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電能的高效率發(fā)電裝置。目前大多數(shù)燃料電池汽車使用壓縮 XXXII 氫氣或液化氫氣作為燃料。 氫燃料電池裝置從本質(zhì)上說是水電解的一個(gè)逆裝置。是氫和氧通過電化學(xué)反應(yīng)生成水，并釋放出電能的過程。 與使用傳統(tǒng)能源的汽車相比，用氫氣做發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的汽車具有明顯的優(yōu)越性：潔凈無(wú)污染，能源轉(zhuǎn)化率高（ 40%以上），噪聲低，續(xù)駛里程可與汽油車相當(dāng)。同時(shí)，氫氣來源廣泛。對(duì)于汽 油發(fā)動(dòng)機(jī)只需稍加改造，就可燃燒氫氣。所以有人認(rèn)為未來的燃料是氫氣，氫氣燃料汽車是將來最有希望的交通工具。氫氣汽車還處于研究探索階段。 4. 2 世界各國(guó)氫能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀 美國(guó) ： 早在 1994年，克林頓政府實(shí)施“新一代汽車合作計(jì)劃”（ PNGV），耗資15億美元，開發(fā) 3倍于當(dāng)時(shí)燃料效益的新一代先進(jìn)轎車。布什政府提出“自由轎車”（ Freedom car）項(xiàng)目以及“自由燃料”（ Freedom fuel）計(jì)劃（氫計(jì)劃），總共耗資 17億美元，從事氫能燃料電池、氫能基礎(chǔ)建設(shè)與尖端車輛科技的發(fā)展。美國(guó)政府在相關(guān)政策 上積極鼓勵(lì)新能源汽車，對(duì)購(gòu)買每輛零排放汽車補(bǔ)貼 4000美元，并要求到 2022～ 2022年聯(lián)邦機(jī)構(gòu)新購(gòu)車輛應(yīng)有 5%為氫燃料電池車，以后還將提高到 20%。密執(zhí)安州2022年就在底特律建立了“下一代能源”工業(yè)區(qū)，同時(shí)還頒布了“氫氣高速路”計(jì)劃以及一些鼓勵(lì)措施，例如，購(gòu)買氫動(dòng)力汽車消費(fèi)者可以享 XXXIII 受減稅、免費(fèi)泊車和洗車價(jià)格優(yōu)惠等便利。舊金山市共有 90輛氫動(dòng)力車在路上行駛，計(jì)劃 2022年在洛杉磯、舊金山推出 300輛燃料電池車，同時(shí)將現(xiàn)有的 16個(gè)加氫站， 2022年底增加到 27個(gè)， 2022年達(dá)到 50個(gè)。同時(shí)，成立“加利福尼亞 燃料單元伙伴協(xié)會(huì)”，與汽車制造商、環(huán)保科研機(jī)構(gòu)、政府部門和民間組織聯(lián)手，從資金、技術(shù)、政策、宣傳、工業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置上共同努力，推動(dòng)燃料電池車的發(fā)展。可見，“自由燃料”計(jì)劃實(shí)際上就是放棄電動(dòng)汽車的研究而轉(zhuǎn)向燃料電池汽車，并要在 2022年讓該類汽車在市場(chǎng)上占到 25%的份額，在 2020年廣泛推廣實(shí)用性的氫燃料電池車。美國(guó)政府堅(jiān)信，到 2022～ 2020年，燃料電池電動(dòng)汽車和氫燃料的加注基礎(chǔ)設(shè)施，將一切準(zhǔn)備就緒。 日本 ： 從世界范圍看，日本是新能源車技術(shù)發(fā)展速度最快的幾個(gè)國(guó)家之一，特別是在混合動(dòng)力汽車的產(chǎn)品發(fā)展方 面，日本居世界領(lǐng)先地位。在燃料電池汽車領(lǐng)域，日本從 1993年起就開始實(shí)施 世界能源網(wǎng)絡(luò) 計(jì)劃，深入研究氫及其基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)，希望到 2020年逐步推廣氫能。小泉首相在 2022年 2月的施政方針明確表示：“燃料電池是打開氫能源時(shí)代大門的關(guān)鍵，希望能在 3年內(nèi)投入使用?！? 2022年，日本成立氫能與燃料電池展示項(xiàng)目組，當(dāng)年投資 20億日元，次年又投資 25億日元。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省提出的目標(biāo)是在 2022年前要把燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)的價(jià)格降低到普通汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的水平，并從政府機(jī)關(guān)開始普及燃料電池車。 XXXIV 歐洲 ： 2022年，歐盟發(fā)布了氫發(fā) 展構(gòu)想報(bào)告和行動(dòng)計(jì)劃，將在 4年內(nèi)投資 20億美元，計(jì)劃到 2030年使氫燃料車的比例達(dá)到 15%， 2040年至少翻一番，并創(chuàng)立歐洲氫燃料電池合作組織?！皻W洲清潔城市運(yùn)輸項(xiàng)目計(jì)劃” (CUTE)投資 1850萬(wàn)歐元 ,進(jìn)行大規(guī)模的燃料電池公共汽車示范試驗(yàn)。參加這個(gè)項(xiàng)目的有 9個(gè)國(guó)家， 13個(gè)大城市， 40個(gè)企業(yè)， 31輛燃料電池公共汽車。從 2022年 6月到 2022年 7月長(zhǎng)期進(jìn)行證實(shí)性產(chǎn)品生命周期分析和對(duì)氫燃料供應(yīng)設(shè)施建設(shè)的運(yùn)用驗(yàn)證，應(yīng)用多種不同的氫加注裝置，為今后動(dòng)態(tài)地實(shí)用化做準(zhǔn)備。歐共體還提出了富有競(jìng)爭(zhēng)性的“明日的汽車”計(jì)劃，以 2022～ 2022年為目標(biāo)，由汽車公司、汽車零部件公司、能源行業(yè)和化工行業(yè)等共同進(jìn)行低排放車輛、零排放車輛開發(fā)，其中包括電動(dòng)汽車用蓄電池、燃料電池在內(nèi)的先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)，以及與此相關(guān)的重要技術(shù)（電子技術(shù)、輕量化材料、電子控制技術(shù)）開發(fā)。 其它國(guó)家 ： 除了上述國(guó)家之外，其它各國(guó)也在努力，希望在燃料電池方面能爭(zhēng)得一席之位。 加拿大：政府投入 “氫能早期采用者計(jì)劃”，用于開發(fā)新觀念，包括氫能高速公路的建設(shè)。“加拿大運(yùn)輸燃料電池聯(lián)盟”，政府出資 2300萬(wàn)加元展示燃料電池車。還有，“加拿大燃料電池氫能 社區(qū) XXXV 伙伴”、“溫哥華燃料電池專案”以及“復(fù)合燃料電池運(yùn)輸公共項(xiàng)目”等項(xiàng)目。同時(shí)，巴拉德公司支持加拿大政府在范庫(kù)弗峰和惠斯勒之間興建世界第一條氫能公路。通過使用建在公路上 7個(gè)制氫點(diǎn)制取的氫氣，來促進(jìn)車用氫燃料電池更廣泛的應(yīng)用，這僅僅是加拿大氫能長(zhǎng)期發(fā)展計(jì)劃的一部分。 新加坡：研究人員成功研制出一種新型氫燃料電池，可用于摩托車，他們還希望這種新型燃?xì)潆姵貙砟茉陔娨?、收音機(jī)甚至手機(jī)等電器上使用。 冰島：人口僅 28萬(wàn)， 58%的能源和近 100%的電力來自水電和地?zé)?，早?999年就提出到 2030年將率先建成氫經(jīng)濟(jì)， 首先更換首都雷克雅未克的全部公交車，并使全部機(jī)動(dòng)車和漁船使用氫燃料電池。 韓國(guó)：對(duì)氫燃料技術(shù)的研究比美、日等國(guó)落后 4～ 5年，但也公布了以氫為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)能源政策，希望到 2020年陸續(xù)投資 ，使交通對(duì)原油的依賴減少 20%。 4. 3 世界主要汽車公司氫能源發(fā)展動(dòng)態(tài) 通用汽車公司： 自 1964年建立第一個(gè)燃料電池實(shí)驗(yàn)室以來，至今已斥資 10億多美元用于新能源汽車的研究開發(fā)。通用汽車公司對(duì)外宣稱：計(jì)劃在 2022年實(shí)現(xiàn)氫燃料電池車 Hywire批量生產(chǎn)，并希望成為第一家售出 100萬(wàn)輛氫燃料電池汽車的汽車 制造商。近年來主要成果有： Hywire線傳控燃料電池 XXXVI 車、“氫動(dòng)三號(hào)”（ HydroGen3）燃料電池車、 Sequel氫燃料電池車。這些都全面展示通用汽車在推廣節(jié)能和環(huán)保汽車技術(shù)領(lǐng)域的成就。 圖 通用的氫燃料電池汽車 福特汽車公司： 福特 Focus FCV 是一款燃料電池概念車。而專門為批量生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的福特 U型車，其動(dòng)力來自于世界第一臺(tái)增壓氫動(dòng)力內(nèi)燃機(jī)，再配以混合電動(dòng)變速器， U型車開創(chuàng)了福特汽車公司繼 T型車后的第二個(gè)新紀(jì)元，也展示了未來汽車的發(fā)展潮流。 豐田汽車公司： 其目標(biāo)是“在全世界范圍深入普 及混合動(dòng)力汽車”，它被看成環(huán)保汽車技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者，在普及混合動(dòng)力系統(tǒng)的低燃耗、低排放和改進(jìn)行駛性 XXXVII 能方面已經(jīng)走在世界的前列。該公司已經(jīng)開發(fā)出由氫氣和電力驅(qū)動(dòng)的第五代燃料電池車“ FCHV5”，并向美國(guó)加州燃料電池合作組織提供樣車進(jìn)行實(shí)車道路試驗(yàn)。 日產(chǎn)汽車公司： 日產(chǎn)汽車公司從 1996 年就開始研發(fā)燃料電池， 2022 年 12 月推出了一款 XTRAIL 燃料電池車，它以大排量、高油耗的奇駿 SUV 作為改裝對(duì)象 寶馬汽車公司： 寶馬汽車公司旗下的 BMW品牌也隆重推出了其在氫動(dòng)力方面的杰出代表