随着本田Clarity的上市,如今市场在售的氢动力汽车已经达到了3款——其余两款是现代ix35和丰田Mirai。与此同时,正在研发氢动力汽车的厂商也有10余家之多。
氢动力汽车的优缺点都非常明显。从好的一面看,它和电动汽车一样环保,同时又不会让驾驶者产生里程焦虑,因为你可以给汽车补充更多的氢燃料。但是,加氢站的数量目前还非常有限,获取氢燃料的方式也很难说得上足够环保和效率。
就像其他任何一种新技术,消费者在面对氢动力汽车时所展现出的顾虑也是何以理解的。毕竟当第一个吃螃蟹的人总是需要勇气的,而这种动力源未来是否能普及还是个未知数。如果你对这种新兴的车型还缺乏了解,本文应该能提供你需要的基本知识。
氢燃料电池是如何工作的
氢燃料电池是一部简单的机器,它的技术核心是内部的质子交换膜。薄膜的一侧是纯氢,另一侧是普通空气(80%的氮气,20%的氧气,还有微量的其他物质)。由于氢原子和氧原子极易结合(2个氢原子和1个氧原子总是会结合并产生1个水分子),因此这个质子交换膜的存在是非常关键的。
质子交换膜允许氢原子通过来和氧原子结合,前提是它必须放弃自己的电子。在这个过程当中,电子会顺着电池侧壁的金属(油铂金等高度导电的材料制成)回到氢原子当中,从而产生我们可以使用的电流。由于氢原子和氧原子的结合只会产生一些水分子,因此这个过程所产生的电能是无污染的。
制氢难题
由于氢氧之间这种如胶似漆的关系,我们的大气中是不存在纯氢的,它们都被转化成了水覆盖在地球上。因此想要获得氢动力,我们需要先把氢放进燃料电池当中。
获取氢的方式有很多,它们有难有易。在19世纪,人们会把铁屑放进硫酸桶当中来产生氢气,然后通过管道把氢气导入气球使其升空。这种方式虽然可行,但无法进行大规模应用,而且还会产生有毒废料。
你也可以使用电解来拆分水分子,以获得纯氢和纯氧。但由于热力学定律的存在,你能从氢中重新获得的电力实际上要低于拆分水分子所消耗的电力。此外,火力发电仍是目前最普及的发电方式,这种方式也并不环保。
第三种方式同样也很麻烦。你需要对天然气进行重组,打破其烃分子来释放氢。但这种方式依然需要依赖于火电,且拆分氢的同时还会产生二氧化碳。
此外,研究者目前还在研究利用藻类光合作用制氢的可行性。虽然这种方式是否能够大规模应用仍是个未知数,但它起码要比某些方式更环保。
优秀的燃料
氢之所以现在无法成为完美的燃料,主要就是因为制氢的复杂。但是,把天然气转化成氢和二氧化碳依然要比在内燃机中燃烧汽油要环保。
随着太阳能发电能力的增长,我们也可以使用太阳能所产生的电力来制氢。这个阳光-电-氢-电的过程依然存在热力学损失,但阳光起码是取之不尽用之不竭的,这种方式也不会产生温室气体。当然,制作太阳能电池板也存在着自己的困难。
氢虽然并不完美,但它依然是一种相当优秀的燃料。
更加普及
如果你居住在洛杉矶或旧金山湾区以外的地方,那这一切对你而言依然是纸上谈兵。目前,全美绝大多数的氢燃料基础设施都在加州,且数量也并不多。
在北加州,湾区一共有6个加氢站;而在南加州洛杉矶区域,目前有16个加氢站可用。此外,加州今年还将开设至少20座加氢站,不过它们依然全部位于湾区和洛杉矶。因此至少在这些地区,使用氢动力汽车将变得更加方便。
为什么说未来会有更多氢动力汽车问世
想要真正了解氢动力汽车,你必须把它放在电动汽车这个更大的背景下。
替代燃料的基本准则是没有一种解决方案是通用的。在可预见的未来,电动汽车的充电时间依然会很长,廉价车型的续航里程也会很有限。混合动力甚至插电式混合动力汽车依然需要在某种程度上使用化石燃料,但你可以获得更长的续航里程,加油也很方便。氢动力汽车则填补了这两种汽车之间的空缺,它像电动汽车一样是零排放的,你同时也能像燃油汽车一样给它加氢。
在这个背景之下,氢动力汽车显然是有自己的一席之地的。