如果你以為很快就能開上氫能源汽車，那再想想吧。

　　目前，關(guān)于氫作為交通燃料的炒作正達(dá)到狂熱的程度，政府、汽車制造商和石油公司正投入數(shù)億美元，以使氫能源汽車概念更具吸引力。

　　從紙面上看，氫能頗具吸引力，你可以通過使用過剩的風(fēng)能和太陽能可再生能源進(jìn)行水電解來制取氫。當(dāng)氫在燃料電池中使用時，它可以為電動汽車(EV)提供動力，僅排放水蒸氣，使其成為零碳燃料。它可以在幾分鐘內(nèi)直接泵入車載存儲罐，比給電動汽車電池充電所需的時間要少。

　　然而，細(xì)節(jié)決定成敗，用于日常個人車輛和小型貨車的氫能存在多個問題。

　　氫燃料：并非那么簡單

　　首先，盡管可以從可再生能源制取綠色氫，但超過90%的工業(yè)氫仍通過蒸汽重整甲烷(一種化石燃料)生產(chǎn)。這會產(chǎn)生大量二氧化碳(CO2)，氫能支持者稱可以通過捕獲和儲存CO2來制造藍(lán)色氫。然而，盡管付出了巨大努力，大規(guī)模捕獲和儲存CO2尚未在制造藍(lán)色氫所需的巨大工業(yè)規(guī)模上得到證明。

　　如果制取清潔氫是一個挑戰(zhàn)，那只是開始。儲存和分配氫并不容易。由于密度低，氫必須壓縮到數(shù)千磅每平方英寸(psi)或冷卻到-253°C(-423°F)并儲存在特殊容器中。壓縮和液化氫需要大量能量，降低了整體燃料效率。氫的分配也存在問題，因為它會使普通鋼管道中的焊接變脆，導(dǎo)致管道破裂。在氫加注站，低溫氫常常凍結(jié)用于將燃料注入車輛油箱的噴嘴，該噴嘴必須能夠承受液態(tài)氫的極端寒冷或氣態(tài)氫高達(dá)10,000 psi(700 bar)的壓力。

　　氫能驅(qū)動

　　一旦氫被裝載到車輛上，它必須被轉(zhuǎn)化為動力。一種方法是通過質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池將氫轉(zhuǎn)化為電能。轉(zhuǎn)換后的燃料隨后可以驅(qū)動電動機。燃料電池使用鉑電極作為催化劑，將氫與氧結(jié)合產(chǎn)生電和水蒸氣。

　　由于燃料電池在略高于常溫且遠(yuǎn)低于儲存氫的壓力下運行，車輛燃料箱中的氫必須被加熱并調(diào)節(jié)到燃料電池可以接受的壓力。降低燃料壓力也會降低其溫度，需要在進(jìn)入電池前進(jìn)行額外加熱。此外，來自大氣的氧和來自油箱的氫必須極其純凈，以避免PEM燃料電池退化。使用鉑的PEM燃料電池成本高昂，盡管采用減少昂貴催化金屬的新設(shè)計正在降低成本。

　　氫燃料電池車輛的另一個問題是氫分子隨時間的泄漏。氫是最小的元素，由一個質(zhì)子和一個電子組成。因此，它相對容易從儲存系統(tǒng)中泄漏，導(dǎo)致車載儲存罐中的燃料在相對較短時間內(nèi)減少。

　　氫能效率問題

　　PEM燃料電池可以利用約60%的氫燃料能量，遠(yuǎn)高于典型汽油內(nèi)燃機(ICE)20%的效率。盡管這很吸引人，但制取氫、壓縮或液化氫、運輸氫、為燃料電池降低壓力和溫度以及將氫轉(zhuǎn)換為電所需的額外能量使得能源效率開始下降。

　　實際情況是：

　　通過電解制取1公斤綠色氫需要約50千瓦時的可再生電力，這相當(dāng)于從原始可再生能源輸入中損失了60%的效率。

　　將氫氣壓縮到700 bar(10,000 psi)儲存需要額外能量，約占?xì)淠芎康?0-15%。

　　通過冷卻至-253°C液化氫更為耗能，需要約占?xì)淠芎康?0%。

　　長距離運輸壓縮或液化氫會進(jìn)一步導(dǎo)致能量損失和成本增加。

　　在燃料電池車輛中，將氫轉(zhuǎn)換回電的效率約為60%。

　　總體而言，當(dāng)所有能量損失累加起來時，綠色氫的全周期效率僅為約20-30%。這遠(yuǎn)低于直接在電池電動汽車中使用可再生電力的70-90%的端到端效率。

　　除了使用燃料電池外，改裝后的ICE可以使用氫作為燃燒燃料。這看起來很有吸引力，因為唯一的排放是氮氧化物排放，沒有CO2排放，而如果發(fā)動機使用汽油等化石燃料運行則會產(chǎn)生CO2。

　　不幸的是，效率問題再次出現(xiàn)。ICE的20%效率遠(yuǎn)低于燃料電池的60%，使得整體端到端效率降至低于10%。這意味著幾乎整個乘客和行李空間都需要裝滿氫儲存罐才能實現(xiàn)數(shù)百英里的續(xù)航里程，在氫加注站之間。

　　為何對氫感興趣?

　　綠色氫面臨的挑戰(zhàn)使其在有可再生電力的情況下不如電池電動選項適合輕型車輛。然而，氫作為交通燃料在某些應(yīng)用中確實顯示出潛力。氫的高能量密度可能為重型貨運運輸提供優(yōu)于電池電動系統(tǒng)的優(yōu)勢。這使其成為長途卡車運輸?shù)囊粋€有前景的選擇，特別是在已知特定路線上，可以在戰(zhàn)略位置設(shè)置氫加注站。

　　氫能卡車的起步

　　開發(fā)經(jīng)濟(jì)可靠的燃料電池是重型卡車最終接受氫能的關(guān)鍵。通用汽車和本田已成立名為燃料電池系統(tǒng)制造(FCSM)的合資企業(yè)，為各種應(yīng)用生產(chǎn)氫燃料電池。

　　以下是關(guān)于該合資企業(yè)的關(guān)鍵細(xì)節(jié)：

　　FCSM成立于2017年，本田和通用汽車投資8500萬美元在密歇根州布朗斯敦建立制造工廠。

　　這座70,000平方英尺的工廠在兩家公司工程師自2013年以來的研發(fā)工作后開始商業(yè)化生產(chǎn)氫燃料電池。

　　通用汽車計劃最初將燃料電池用于備用發(fā)電機和Autocar等重型卡車。

　　FCSM聲稱其生產(chǎn)的燃料電池成本僅為本田之前用于Clarity燃料電池車輛系統(tǒng)的三分之一。設(shè)計改進(jìn)、減少貴金屬使用和生產(chǎn)自動化降低了成本。

　　合資企業(yè)還通過使用耐腐蝕材料和改進(jìn)低溫操作將燃料電池系統(tǒng)的耐用性提高了一倍，與Clarity相比。

　　本田計劃到2025年每年生產(chǎn)約2,000套燃料電池系統(tǒng)，到2030年增加到60,000套。公司目標(biāo)是在2030年代末每年生產(chǎn)數(shù)十萬套。

　　通用汽車將向Autocar提供燃料電池，用于集成到重型職業(yè)卡車中，如水泥攪拌車、自卸車、垃圾車和碼頭牽引車，預(yù)計將于2026年在阿拉巴馬州伯明翰的Autocar制造工廠投入生產(chǎn)。

　　與此同時，本田與五十鈴汽車合作開發(fā)和商業(yè)化氫燃料電池驅(qū)動的重型卡車，五十鈴計劃于2027年推出。通過這種安排，本田旨在利用其燃料電池專業(yè)知識為重型商用車領(lǐng)域提供零排放解決方案，該領(lǐng)域由于續(xù)航里程和重量限制傳統(tǒng)上對電池電動動力系統(tǒng)具有挑戰(zhàn)性。

　　為了進(jìn)一步展示其氫燃料電池雄心，本田還開發(fā)了一款8級氫燃料電池卡車概念車。

　　本田8級卡車概念車完全可操作，由三個在密歇根州FCSM工廠生產(chǎn)的本田燃料電池系統(tǒng)提供動力。本田為其燃料電池系統(tǒng)確定了四個核心目標(biāo)：燃料電池電動汽車、商用燃料電池車輛、固定發(fā)電站和建筑機械。

　　氫能汽車的未來

　　綠色氫在某些應(yīng)用中顯示出潛力。它可以在鋼鐵制造中大幅減少碳排放。在某些地區(qū)，它可以用于儲存可再生能源，以便稍后轉(zhuǎn)換回電力以提高電網(wǎng)可靠性。它已成功用于為叉車和其他工業(yè)機械提供動力。

　　作為交通燃料，氫可能適用于長途重型卡車和其他一些重型卡車。然而，如果你在等待氫動力燃料電池或ICE車輛停在你的車道上，你可能需要等待很長時間。

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