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氫燃料電池:救贖之光,還是人間餅王?

這是一個(gè)世紀(jì)之爭(zhēng),科技樹(shù),該點(diǎn)氫能,還是電能。


(資料圖片)

網(wǎng)上的輿論,還會(huì)把這個(gè)事繼續(xù)放大,升級(jí)到中日兩國(guó)的國(guó)運(yùn)之爭(zhēng)。日本,一條路走到底,押注氫燃料電池,中國(guó),給純電動(dòng)汽車(chē)提供了肥沃的土壤,現(xiàn)在正開(kāi)花結(jié)果。

氫燃料電池和純電動(dòng),本來(lái)不矛盾,但一定要分出個(gè)勝負(fù)的話,現(xiàn)階段,氫燃料電池就是輸了,根本到不了普及的程度,日本也跟著調(diào)整方向,重視純電動(dòng)車(chē)發(fā)展了。

氫燃料電池為什么難做?今天想和大家嘮嘮這個(gè)。

制、運(yùn)、儲(chǔ)、用,都有問(wèn)題

氫氣,很特殊。

自然界中沒(méi)有現(xiàn)成的,和電一樣,要造出來(lái),屬于二次能源;氫氣是氣體,都說(shuō)氫氣每千克的熱值高,但沒(méi)有算算每立方的熱值,比天然氣還要低;氫氣,也是尺寸最小的分子,很顯然,它是最容易泄露的。

這些問(wèn)題,都集中在氫氣上,很難不讓人懷疑,它到底適不適合做能源。

石油為什么可以統(tǒng)治汽車(chē)工業(yè)一百多年?因?yàn)樗型昝赖男螒B(tài),是流動(dòng)的液體,而且自然界就有,又非常適合儲(chǔ)存、運(yùn)輸,每立方的熱值還非常高,簡(jiǎn)直完美。

所以,氫氣要想作為能源,就要好好解決那一系列問(wèn)題。

先說(shuō)從哪里來(lái)?事實(shí)上,氫氣有很多制備方法,但是否環(huán)保,就兩說(shuō)了。

工程師們搞了個(gè)顏色分類法:灰氫,是用石油、天然氣、煤炭轉(zhuǎn)化成的氫氣,二氧化碳是副產(chǎn)物,主要因?yàn)闅錃庠诠I(yè)中有其他作用,所以,這個(gè)方式產(chǎn)生的氫氣占比相當(dāng)大,超過(guò)90%。

好一點(diǎn)的是藍(lán)氫,靠天然氣里的甲烷來(lái)制備,想辦法把副產(chǎn)物二氧化碳收集起來(lái)了,沒(méi)讓它排放到大氣中,所以,標(biāo)成了藍(lán)色。

最好的是綠氫,得靠可再生能源來(lái)制氫,像太陽(yáng)能、風(fēng)能、核能。最簡(jiǎn)單理解的一種方式就是靠它們產(chǎn)生綠電,再電解水產(chǎn)生氫氣,這肯定是綠氫了。

現(xiàn)在有了氫氣,要雇幾輛大車(chē),哐幾哐幾把氫氣運(yùn)到千里之外的加氫站去。

這和運(yùn)油很像,但很不一樣。普通的鐵罐肯定不行,氫分子很小,容易滲到金屬里,那就很容易泄露。得用專門(mén)的罐子,外殼得厚,那一定會(huì)做得很重,到底是運(yùn)罐子,還是在運(yùn)氫氣?

而且,氫氣得靠超高壓,壓進(jìn)罐子里,且不說(shuō)要考驗(yàn)罐體和閥門(mén)的承壓能力,僅高壓這個(gè)過(guò)程,也要消耗很多能量。

當(dāng)然,還有低溫液化儲(chǔ)氫的辦法,但那個(gè)溫度要到零下253度,這在航天領(lǐng)域用得多。

還有一種是金屬儲(chǔ)氫,目前在實(shí)驗(yàn)室階段,氫氣和金屬合金反應(yīng)融合,需要的時(shí)候,再逆向析出氫氣。

現(xiàn)在,氫氣來(lái)到加氫站了。事實(shí)上,造一座加氫站很貴,毛估估就得1000多萬(wàn)。很多錢(qián)花在了設(shè)備成本上,因?yàn)楹芏嘣O(shè)備要進(jìn)口,包括壓縮機(jī)、加氫槍、安全閥等等。

國(guó)家是有補(bǔ)貼的,一座加氫站,能補(bǔ)到500萬(wàn),但怎么看,都想被老外賺走了,國(guó)產(chǎn)化替代任重而道遠(yuǎn)。

之后的接力棒,交到了用氫這個(gè)環(huán)節(jié)。一開(kāi)始,就有兩條路線:氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)、氫燃料電池。

寶馬曾經(jīng)非常熱衷于研究氫氣發(fā)動(dòng)機(jī),也推出過(guò)相關(guān)的產(chǎn)品。氫氣和其他惰性氣體混合后,通過(guò)噴嘴,進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體內(nèi),燃燒做功。還是內(nèi)燃機(jī)那一套,轉(zhuǎn)化效率被卡諾循環(huán)限制了,但確實(shí)沒(méi)有排放了。另外一個(gè)好處是,對(duì)內(nèi)燃機(jī)改動(dòng)不大;另外一個(gè)問(wèn)題是,噴嘴是金屬的,容易產(chǎn)生“氫脆”,耐久性一般。

氫氣發(fā)動(dòng)機(jī)這條路“有點(diǎn)堵”,反襯著,氫燃料電池慢慢成為了研究主流,而且光環(huán)非常大,一度被認(rèn)為是終極答案。

氫燃料電池,本質(zhì)上就是個(gè)增程器。

有一個(gè)氫氣罐,就和油箱一樣,氫氣從這里輸送到電堆,進(jìn)入一個(gè)氫氣流通道,另一邊是空氣流通道,中間有陽(yáng)極、陰極、質(zhì)子交換膜,氫氣、氧氣在這里反應(yīng),生成水,產(chǎn)生電。

這個(gè)電流會(huì)先充到一個(gè)電池里,電池再給驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電,整套系統(tǒng)也就完整了。

這套系統(tǒng)有什么問(wèn)題呢?

首先,太貴了。先不說(shuō)儲(chǔ)氫罐、電堆本身有多貴,它里面有催化氫氣、氧氣反應(yīng)的催化劑,用的都是貴金屬,比如鈀,一公斤能賣(mài)到30萬(wàn)人民幣。關(guān)鍵全球儲(chǔ)量都很少,分布還不均勻,以后要真的是氫能時(shí)代了,全世界又開(kāi)始搶鈀金屬,又會(huì)搞出一些地緣戰(zhàn)爭(zhēng),當(dāng)然,好消息是,鈀在燃料電池中的回收做得還可以。

然后,氫燃料電池的功率一般,你真想一腳油門(mén)超車(chē),氫氣、氧氣的反應(yīng)需要一些時(shí)間,跟不上你的功率需求,所以,特別需要一塊電池做緩沖,增程結(jié)構(gòu)就很有必要了。

還有,空間非常有限,又是儲(chǔ)氫罐,又是電堆,還有電池、電機(jī),非常復(fù)雜且體積龐大,布置不好,只能侵占車(chē)內(nèi)空間了。第一代豐田Mirai就有這個(gè)問(wèn)題,第二代才好一些。

所以,這些年,氫燃料電池被純電動(dòng)完全壓了一頭。就是因?yàn)闅淙剂想姵氐募夹g(shù)更新太慢,而動(dòng)力電池在能量密度和成本控制上,踢碎一塊一塊鋼板,瘋狂奔跑,有市場(chǎng)普及的能力了。

日本為什么熱衷于氫能?

其實(shí),最主要的原因就一個(gè)字“小”,面積小,資源少,人口老,還因?yàn)樾?,得看美?guó)人的臉色。

20年前,各個(gè)國(guó)家開(kāi)始點(diǎn)“科技樹(shù)”的時(shí)候,都很茫然。鋰離子電池能量密度一般,氫燃料電池反而因?yàn)檎嬲摹傲闩欧拧?,備受關(guān)注。但是,究竟誰(shuí)可以在汽車(chē)上普及,沒(méi)有人敢打包票,因?yàn)槎加欣щy,都需要克服。

美國(guó)、歐洲,世界巨頭,爭(zhēng)著去搞創(chuàng)新的企業(yè)蠻多的,政府就搞搞補(bǔ)貼扶持,也能出來(lái)不少成果。關(guān)鍵是企業(yè)多,科技樹(shù)可以多點(diǎn)幾個(gè),哪里能亮,最后就撲向哪里。

中國(guó)也一樣,搞創(chuàng)新的企業(yè)、院校也挺多的,啥方向都能試,而且,我們是后進(jìn)場(chǎng)的,其實(shí)留出了觀察的時(shí)間差,更能及時(shí)做出調(diào)整。

日本就有點(diǎn)尷尬,它得跟著大國(guó)們的腳步去轉(zhuǎn)型。小布什當(dāng)總統(tǒng)的時(shí)候,非??粗貧淠?,希望取代石油,實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立。日本特別依賴美國(guó)市場(chǎng),國(guó)內(nèi)搞創(chuàng)新的,也就豐田、本田這幾家大公司,美國(guó)要搞氫能,那就早點(diǎn)搞,早點(diǎn)儲(chǔ)備,所以,科技樹(shù)就敲定了氫能,而且沒(méi)有余力同時(shí)點(diǎn)其他科技樹(shù)了。

結(jié)果,美國(guó)發(fā)現(xiàn)了頁(yè)巖氣,電動(dòng)汽車(chē)也被特斯拉扛著起飛了。到了特朗普時(shí)代,環(huán)保都不咋講了,煤炭、油氣繼續(xù)大搞特稿,氫能更靠邊站了。在大國(guó)的搖擺下,日本算是被晃暈了,現(xiàn)在也得抓緊補(bǔ)電動(dòng)車(chē)的課了。

當(dāng)然,日本選擇氫能,也有基于本土實(shí)際情況的考量。

首先,日本國(guó)土有限,能源完全依賴進(jìn)口,無(wú)論是煤、石油、天然氣,所以,他們很有動(dòng)力降油耗,國(guó)內(nèi)也非常追捧K-Car這種車(chē)。

正因?yàn)槟茉匆M(jìn)口,他們的電費(fèi)其實(shí)很高,電動(dòng)車(chē)并不具備使用成本優(yōu)勢(shì)。有沒(méi)有便宜的電呢?也有,就是核電。但是,2011年的福島核泄漏,讓日本人再一次心驚肉跳,也就叫停了核電的擴(kuò)張步伐,電動(dòng)車(chē)更沒(méi)戲了。

相比之下,氫能是個(gè)好資源了。日本一度依賴的氫氣資源,是從海外進(jìn)口的,比如,從澳大利亞進(jìn)口甲烷,再分解出氫氣。

特別是,日本多地震,一旦地震襲來(lái),幾天都用不上電,反而這個(gè)氫燃料電池可以當(dāng)一個(gè)臨時(shí)電源,給家里供電。

還有一點(diǎn),更有意思,氫燃料電池回收更容易,核心裝置是“電堆”,可用壽命挺長(zhǎng)的,就算車(chē)輛老化報(bào)廢了,也能把這個(gè)電堆拆出來(lái),裝在新車(chē)上,調(diào)試調(diào)試?yán)^續(xù)使用。

但還是那句話,如果日本就困在本土自己玩氫能,市場(chǎng)太小了,技術(shù)很難快速迭代更新。

這很像當(dāng)年的等離子電視,如果市場(chǎng)上只有一家在玩,要么你足夠強(qiáng)大,強(qiáng)大到別人必須買(mǎi)你壟斷的東西,要么就是被時(shí)代掃進(jìn)垃圾堆,其他人會(huì)想辦法繞過(guò)去,不和你玩了。

技術(shù)到底有戲沒(méi)戲,是所有參與者共同推進(jìn)的結(jié)果。這個(gè)世界,中美作為規(guī)則制定者,選擇了純電路線,而且發(fā)展很快,日本,包括韓國(guó)押寶的氫燃料電池,注定玩不轉(zhuǎn)。

點(diǎn)錯(cuò)了科技樹(shù),就是點(diǎn)錯(cuò)了,該認(rèn)得認(rèn)。

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