【文章內(nèi)容簡介】 解制取。雖然氫氣本身的天然儲量不大，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：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車，這依賴于燃料電池技術(shù)的發(fā)展。 氫氣發(fā)動機(jī)屬點(diǎn)燃式發(fā)動機(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)動機(jī)燃料的汽車具有明顯的優(yōu)越性：潔凈無污染，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，氫氣來源廣泛。對于汽油發(fā)動機(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)動機(jī)， 可以達(dá)到 191 千瓦強(qiáng)大動力， 時速 230 公里／小時。單獨(dú)依靠氫能可以行駛 200 公里。 既可以用氫驅(qū)動，也可以用汽油驅(qū)動（這款車完全可以以氫驅(qū)動，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存在成本問題，加上加氫站數(shù)量不多，使用氫動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 3. 1 推廣清潔柴油車，開拓生物柴油市場 與汽油發(fā)動機(jī)相比，柴油發(fā)動機(jī)具有高效率，低油耗，壽命長。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。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 動機(jī)；西歐國家 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、西班牙、意大利等國更高達(dá) 50%以上，在德國，出租車基本上都是柴油轎車。作為一種成熟的發(fā)動機(jī)技術(shù)，柴油車勢必在新一輪汽車能源競爭中占據(jù)重要的地位。 除了傳統(tǒng)的柴油 發(fā)動機(jī)，目前世界各國也在積極研發(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，能源部及環(huán)保局也提出鼓勵使用生物柴油的政策，以減少對石油資源的消耗。 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，燃?xì)馄囋诖萌粊砼镀囍姓嫉酱蠹s 90%的份額。美國的目標(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，德國天然氣汽車數(shù)量計(jì)劃達(dá)到 10 萬至 40 萬輛，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嚾匀淮嬖趧恿Σ蛔?、行駛里程較短等缺點(diǎn)，這也會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)推廣混合動力汽車 混合動力系統(tǒng)非常合適汽車行駛工況變化，能夠滿足汽車動力性要 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力潛能的 40％，在市區(qū)還會跌至 25％，更為嚴(yán)重的是污染環(huán)境。而混合動力汽車則針對不同的道路環(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，當(dāng)交通堵塞或遇到紅燈時發(fā)動機(jī)會關(guān)閉，當(dāng)車隊(duì)移動時或信號燈轉(zhuǎn)為綠燈時駕駛者只要輕踩加速踏板，電動機(jī)就能驅(qū)動汽車前進(jìn)。在市區(qū)內(nèi)當(dāng)汽車發(fā)動機(jī)無效率空轉(zhuǎn)或車輛移動緩慢時，使用電動機(jī)作動力源不但對環(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，同時混合動力汽車的開發(fā)，也促進(jìn)了驅(qū)動電機(jī)，動力蓄電池技術(shù)的提高，帶動這些新興產(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)入氫動力時代 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。仍將是一個比較漫長的過程。根據(jù)國內(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)會在 20402050 年之間實(shí)現(xiàn)。從而進(jìn)入氫動力時代。 XXX 第 4 章 氫能源汽車 4. 1 氫動力應(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：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)動機(jī)屬點(diǎn)燃式發(fā)動機(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 的壓力儲存于高壓容器中。工作時經(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，儲存于金屬氫化物 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。 氫燃料電池電動車 燃料電池是一種將儲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)動機(jī)燃料的汽車具有明顯的優(yōu)越性：潔凈無污染，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，氫氣來源廣泛。對于汽 油發(fā)動機(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 世界各國氫能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀 美國 ： 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。美國政府在相關(guān)政策 上積極鼓勵新能源汽車，對購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)，同時還頒布了“氫氣高速路”計(jì)劃以及一些鼓勵措施，例如，購買氫動力汽車消費(fèi)者可以享 XXXIII 受減稅、免費(fèi)泊車和洗車價格優(yōu)惠等便利。舊金山市共有 90輛氫動力車在路上行駛，計(jì)劃 2022年在洛杉磯、舊金山推出 300輛燃料電池車，同時將現(xiàn)有的 16個加氫站， 2022年底增加到 27個， 2022年達(dá)到 50個。同時，成立“加利福尼亞 燃料單元伙伴協(xié)會”，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，推動燃料電池車的發(fā)展?？梢姡白杂扇剂稀庇?jì)劃實(shí)際上就是放棄電動汽車的研究而轉(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。美國政府堅(jiān)信，到 2022～ 2020年，燃料電池電動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)展速度最快的幾個國家之一，特別是在混合動力汽車的產(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)動機(jī)的價格降低到普通汽油發(fā)動機(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)。參加這個項(xiàng)目的有 9個國家， 13個大城市， 40個企業(yè)， 31輛燃料電池公共汽車。從 2022年 6月到 2022年 7月長期進(jìn)行證實(shí)性產(chǎn)品生命周期分析和對氫燃料供應(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，為今后動態(tài)地實(shí)用化做準(zhǔn)備。歐共體還提出了富有競爭性的“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)，其中包括電動汽車用蓄電池、燃料電池在內(nèi)的先進(jìn)動力系統(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)。 其它國家 ： 除了上述國家之外，其它各國也在努力，希望在燃料電池方面能爭得一席之位。 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，巴拉德公司支持加拿大政府在范庫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， 58%的能源和近 100%的電力來自水電和地?zé)幔缭?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)動車和漁船使用氫燃料電池。 韓國：對氫燃料技術(shù)的研究比美、日等國落后 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)展動態(tài) 通用汽車公司： 自 1964年建立第一個燃料電池實(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、“氫動三號”（ 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，其動力來自于世界第一臺增壓氫動力內(nèi)燃機(jī)，再配以混合電動變速器， 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)動的第五代燃料電池車“ FCHV5”，并向美國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力方面的杰出代表