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效率高还无污染 氢燃料电池真的是天选之子吗

2022-04-03 04:00:00 孔祥祺

效率高还无污染 氢燃料电池真的是天选之子吗

【卡车之家 原创】近年来围绕新能源车型的路线之争一直没有停歇,LNG派、氢内燃机派、燃料电池派、纯电派以各自优势互相攻防,真是好不热闹。不过燃料电池以节约能源和保护生态环境的角度看,被很多人认为是最有发展前途的技术。今天我们在这里抛砖引玉,大家一同来探讨一下燃料电池究竟是不是“天选之子”。

效率高还无污染 氢燃料电池真的是天选之子吗

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中国已承诺2030年碳排放达到顶峰,2060年前实现碳中和,作为全球碳排放第一大国,我国的双碳目标任重而道远。而具体到交通运输行业,以2019年统计数据为例,交通运输领域的碳排放量约占全国总碳排放量的10%左右,其中道路交通又在交通全行业碳排放中占比约80%,以道路交通为主的交通绿色转型非常迫切。

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●  LNG不也很环保吗

这时候有卡友不禁要问了,为什么非要氢气,LNG不也很环保吗?我们回到LNG和氢燃料电池工作产物来分析您就明白了。

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液化天然气的主要成分是甲烷,还有少量乙烷和丙烷。虽然天然气是矿物燃料中最为清洁的能源,还有着热值大、性能高等特点,并且在一氧化碳、二氧化碳、氮化物及烟度排放方面比汽油车和柴油车平均低80%左右,我们从LNG车与柴油车后处理的繁简程度上也能看出,LNG车型更容易达到排放标准。但含量低可不代表没有,LNG其燃烧产物主要是二氧化碳和水,仍然有碳排放,需要花力气和精力在后处理上进行治理,这就不难理解为什么氢燃料电池比LNG更适宜了。

●  纯电不够香吗

还有朋友会问,纯电动汽车不是也不产生氮氧化物和颗粒物吗?没错,但是现阶段我国电力的主要来源火电占比约72.4%,火力发电厂所排放的废气、废液等等对环境都会有一定程度影响。

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而氢气可通过工业副产制氢的方式制取,可以说是捎带手的产物,工业副产制氢不仅能提高资源有效利用率和经济效益,同时在碳排放量相对于现阶段电解水和化石能源制氢具有相对优势。

不过现阶段煤制氢的比例仍然较高,约占氢产量的63.6%,工业副产制氢约占氢产量的21.2%(2019年统计数据)。随着制氢技术的发展,预计2050年可再生能源电解制氢占比可达70%。

此外,氢燃料电池车相比于纯电车补能时间也更短、能量密度高、续航里程更长,这些都是氢燃料电池相较于纯电动车更具优势的方面。

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燃料电池它燃烧吗?

燃料电池燃料电池,既然是燃料是不是会燃烧呢?还真不能这样简单认定,在回答这个问题前,我们先来回顾下生活中常见的锌锰干电池和内燃机的工作原理。

●  锌锰干电池

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锌锰干电池是一种一次性电池,它以锌筒为负极,正极材料是由二氧化锰粉、氯化铵及碳黑组成的一个混合糊状物。在正极材料中插入一根碳棒作为引出电流的导体,并在正极和负极间设置一层增强隔离纸,该纸浸透了含氯化铵和氯化锌的电解质溶液。在化学反应中由于锌比猛活泼,所以锌失去电子被氧化,锰得到电子被还原,其反应过程如下。

●  内燃机

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内燃机,是通过使燃料在机器内部燃烧,并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机,其本质是燃烧化学反应。内燃机将燃料和空气混合,在其汽缸内燃烧,释放出的热能使汽缸内产生高温高压的燃气。燃气膨胀推动活塞作功,再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出,从而驱动车辆前进。

●  氢燃料电池

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虽然氢燃料电池名字里带了“燃料”,但它其实并不是燃烧,如果真烧起来那电池可真就危险了。它是把燃料中的化学能,直接转化为电能的能量转化装置或者说是发电装置。它将氢气送到负极,经过催化剂(铂)的作用,氢原子中两个电子被分离出来,这两个电子在正极的吸引下,经外部电路产生电流。失去电子的氢离子可穿过质子交换膜,在正极与氧原子和电子重新结合为水,水成为了该反应过程中的唯一“废料”。

说起氢燃料电池与干电池的区别,干电池是把电能储存起来,需要时再释放出来;而氢燃料电池准确地说是一种发电装置,通过控制反应进程还可以控制发电量,是把化学能直接转化为电能的电化学发电装置。而以内部均可以产生能量推动汽车的角度而言,燃料电池技术或许更像是内燃机,只不过其原理和“燃料”均不同。

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●  更省更高效

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氢燃料电池,通过控制氢气与氧气的化学反应,不让这个过程发热,而是发电,再通过电机把电能转化为动力,其转化效率高达60-80%。而优秀的柴油机的能量转化效率约为50%左右,氢燃料电池车的能量转化效率是其1.5倍左右。

●  没有NOx

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燃料电池的燃料是氢和氧,生成物是清洁的水,它本身工作不产生一氧化碳和二氧化碳,也没有氮氧化物和微粒排出。因此,氢燃料电池汽车是真正意义上的零排放、零污染的车,这一点是传统内燃机所望尘莫及的。

●  更加安静

氢燃料电池工作时非常安静,噪声大约只有55dB,相当于人们正常交谈的水平。常见内燃机其行驶时噪音会在60至75dB,相比起内燃机,燃料电池的静谧性不言而喻,尤其是对于跑城配的卡友们来说,氢燃料电池车对于环境的影响非常小。

●  更易和纯电动车对接

燃料电池汽车和纯电动汽车虽然技术特点不同,但核心都是电力,这也反映了燃料电池技术与纯电动技术应是互补共存的关系,而不是谁取代谁的关系。正是氢燃料电池车的这一特质,使得它在智能化、自动驾驶方面,都更容易与纯电动车型对接。

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即便顶着这些巨大优势,但氢燃料电池仍然有很多人看衰,一篇在《自然》杂志发表的文章结结实实给氢燃料电池泼了一盆冷水,指出了氢燃料电池的三项劣势制约其发展。

1.动力电池技术不断发展,纯电动车在续航能力和快充站建设速度上不断挤压氢燃料电池车辆发展空间。

2.全球减排时间表内氢燃料电池很难有时间解决成本和技术问题,完成商业化;

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3.补能网络建设相比纯电动并无优势,几乎世界上每一个电源插座都是潜在的充电站。而氢燃料电池汽车的补能却需要另起炉灶,大力建设,投入成本比纯电动车高昂很多。

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牵引车新能源氢能源
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