搜索
氢燃料电池----汽车发动机代用燃料的特性及应用前景分析李舞阳12223010汽车从1885年德国工程师卡尔·本茨制成了世界上第一辆三轮车到现在也已有一百多年的历史了，在这一百多年中人们逐渐习惯了汽车带来的方便与舒适，汽车文化也深入人心。然而随着汽车的发展进步，许多问题也就随之而来，比如环境污染以及化石能源的迅速消耗。随着世界上汽车保有量的不断增加，预计在50年内全球汽车总数量将超过16亿辆。目前汽车的能源消费占世界能源总消费的四分之一，汽车的传统燃料－石油将会严重短缺。而且以石油为原料的燃料汽油及柴油，在燃烧时带来CO、NOx等有害废气及CO2温室效应，也将更严重地危害人类生存环境。因此世界上各大汽车公司都在不断进行针对性研究，以解决传统发动机燃料的缺陷。由此开始了探索替代传统化石能源的的新能源时代。新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车。包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和太阳能汽车等。其废气排放量比较低。据不完全统计，全世界现有超过400万辆液化石油气汽车，100多万辆天然气汽车。新能源汽车包括混合动力汽车（HEV）、纯电动汽车（BEV，包括太阳能汽车）、燃料电池电动汽车（FCEV）、氢发动机汽车、其他新能源（如高效储能器、二甲醚）汽车等各类别产品。而今天我就其中一种氢燃料电池汽车进行浅显粗略的分析。众所周知，氢分子通过燃烧与氧分子结合产生热能和水。氢燃料电池通过液态氢与空气中的氧结合而发电，根据此原理而制成的氢燃料电池可以发电用来推动汽车，提供家庭或工业用电或作为手机电池。原理说起来很简单，但具体分析的话就会发现，其实提炼氢燃料的过程非常复杂，而且能耗也非常高。氢动力汽车是一种真正实现零排放的交通工具，排放出的是纯净水，其具有无污染，零排放，储量丰富等优势，因此，氢动力汽车是传统汽车最理想的替代方案。与传统动力汽车相比，氢动力汽车成本至少高出20%。随着“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量在不断地呈现上升趋势，而石油等资源却捉襟见肘，另一方面，吞下大量汽油的车辆不断排放着有害气体和污染物质。最终的解决之道当然不是限制汽车工业发展，而是开放替代石油的新能源，燃料电池车的四轮快速又安静地滚过路面，辙印出新能源的名字——氢。几乎所有的世界汽车巨头都在研制新能源汽车。电曾经被认为是汽车的未来动力，但蓄电池漫长的充电时间和重量使得人们渐渐对它兴味索然。而目前的电与汽油合用的混合动力车只能暂时性地缓解能源危机，只能减少但无法摆脱对石油的依赖。这个时候，氢动力燃料电池的出现，犹如再造了一艘诺亚方舟，让人们从危机中看到无限希望。以氢气为汽车燃料这种说法刚出来时吓人一跳，但事实上是有根据的。氢具有很高的能量密度，释放的能量足以使汽车发动机运转，而且氢与氧气在燃料电池中发生化学反应只生成水，没有污染。因此，许多科学家预言，以氢为能源的燃料电池是21世纪汽车的核心技术，它对汽车工业的革命性意义，相当于微处理器对计算机业那样重要。从长远来看，汽车产业肯定要走一条可持续发展的道路，石油、天然气、煤炭等资源不可再生，终究会有枯竭的一天，人类最终必然要利用可再生能源或者替代能源。而氢的最大来源是水，特别是海水，根据计算9吨水可以生产出1吨氢（及8吨氧），氢气燃烧热值是28900千卡/公斤，而且氢与氧的燃烧产物就是水，因而，水可以再生。由此可见，以水为原料制氢，可使氢的制取和利用实现良性循环，取之不尽，用之不竭。氢作为汽车代用燃料具有良好的行进加速性、燃料适应性、低温起动性好、超低排放、全工况高效率等优点。我国氢的来源极为丰富，技术水平也有了一定的基础，水电解制氢、生物质气化制氢等制氢方法已形成规模。其中低价电电解水制氢方法在今后仍将是氢能规模制备的主要方法。另外，用氢代替煤和石油，不需对现有的技术装备作重大的改造，现在的内燃机稍加改装即可使用，这可以降低氢能应用成本。另外，氢燃烧的产物是水，不会污染环境，真正实现了零污染的目标。问题，包括爆燃、回火、早燃等问题有待解决。氢气的生产方法有多种，但只有在解决了其成本、储存等问题以后才有可能批量使用。针对我国的具体国情产生了几条加速氢燃料电池汽车推广的对策：（1）根据我国煤炭资源丰富的特点，应着重发展高效、低污染的集中式煤气化大规模制氢，要加强对煤炭气化过程中CO2捕捉和封存技术的研究，同时应重点加强我国有一定基础的、具有长期发展前景的可再生能源制氢技术。随着我国核能技术的日渐成熟，应逐步探索可控核能制氢技术。（2）虽然氢能本身是一种绿色的能源，但在生产、储存、运输以及氢燃料电池使用过程中都不可避免地存在氢气泄漏问题。当泄漏到周围环境中的氢气达到一定浓度，遇到明火可能会发生强烈化学反应甚至爆炸，造成人员和财产损失。因此，应加强与氢安全相关的氢检测传感器技术、潜在事故情景处理技术等研究。（3）要促进氢能的社会化利用，需要向公众宣传氢能的优点和使用安全性，促进公众对氢能的了解和利用。同时，国家应出台更有效的激励政策。参考文献[1]吴植民.汽车构造[M].北京:人民交通出版社,1987.[2]张煜盛,常汉宝,张亚珺.柴油机高效清洁燃料二甲醚(DME)的研究及发展[J].内燃机工程,2001,(1):17-22.[3]徐正好,杨宗栋,郑康元,常健.氢燃料发动机的应用[J]《能源研究与信息》2002,04.