氫能源汽車發展狀況淺析

申娟++趙康++陳靜++安剛

摘 要：隨著科研水平的不斷提高，氫能源在許多行業都有很好的應用，特別是最近幾年，氫能源在汽車行業中的應用得到了較好地發展，文章首先闡述了氫能源的發展概述，同時分析了制氫技術和儲氫技術，并分析了其在汽車發動機方面的應用，在此基礎上總結了影響氫能源發展的因素，提出氫能源的發展前景以及發展戰略。

關鍵詞：氫能源汽車；發展狀況；分析

中圖分類號：TE09 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0164-02

1 氫能源概述

目前我國的汽車燃料大部分使用的是石油和天然氣，然而隨著我國能源的日益減少，保護環境和節約能源成為了當前能源開發需要遵循的主要原則，為了給人們提供一個良好的生存環境，充分利用能源，我國以及世界范圍內的很多學者都在努力研究能源的有效利用和開發，通過大量的研究表明，氫能源具有很多優點，比如氫能源可以產生較大的熱量，同時在作為燃料進行燃燒時不會對外界環境產生污染，因為它通過和氧氣發生化學反應，生成水，而且這種能源在很多物質中都有一定的含量，來源比較廣，如一些生物質和水中都含有大量的氫成分，同時氫能源是一種可再生能源，所以氫能源得到了廣大科研人員的高度重視，也被作為應用到汽車行業中的主要研究對象之一。

2 氫能源的研究和應用現狀

2.1 利用氫能的發動機

汽車的發動機在氫能源的應用方面主要有兩種，即氫燃料發動機和燃料電池發動機，氫燃料發動機根據氫能源的純度可以分為純氫燃料和摻氫燃料兩種，純氫燃料在發動機中的應用是在原來以汽油作燃料的基礎上進行改造的，改為完全用氫能源作燃料，這種發動機的應用的優點主要有：只是通過和空氣進行簡單的混合就能夠很容易地實現，同時氫能源和氧氣發生化學反應之后的產物只有H2O和NOx，沒有產生一些固體物質，所以對發動機產生的損害非常小，相對來說對汽車所用的潤滑油幾乎不會產生污染；但是由于氫能源的在燃燒時溫度高，會產生很大的熱量等特點，導致通過應用氫能源的發動機經常會遇到早燃、回火、敲缸、發動機熱負荷高等問題。氫能源在作為汽車發動機的燃料時，還可以和其他的燃料一起使用，它只是作為燃料的一部分，這種應用也稱為摻氫燃料發動機，通過在燃料中摻雜一部分氫能源，可以有效地提高汽油機的使用性能。燃料電池是將化學能轉化為電能的過程得以實現的，是通過一定的原理和作用完成電子輸送的過程，通過這一技術在發動機使用過程中的應用，其優點主要有能量利用率高，而且便于攜帶。

2.2 制氫技術

從目前學者對于制氫技術的研究來看，可以總結為三個方面：（1）通過使用化學燃料實現制氫，比如，通過烴類的分解、氧化重整，碳氫化合物的氧化以及煤的氣化等方法制造氫氣，在目前是一種較為常見的制氫手段；（2）通過分解水的方法實現制氫，比如水的電解、光解、熱化學分解和直接熱分解的過程中都可以提煉出氫成分，應用最為廣泛的就是通過太陽能來分解水進行制氫；（3）生物制氫，這種制氫技術主要有細菌發酵法、海洋藻類光合放氫，這種制氫方法和前兩種技術相比具有消耗能源小且對環境污染小的優點。

2.3 儲氫技術

儲氫技術是發展氫能源有效利用的最主要問題，目前來看也是影響氫能源發展和利用的主要因素之一，氫能源之所以不易儲藏，是由于其在正常狀態下呈氣體狀態，密度只是空間的1/14，所以為了促進氫能源更好地在多個領域中得到廣泛的應用，應該研究一種既方便又經濟的儲氫技術，目前，較為常用的儲氫技術主要有：氫的壓縮儲存、液化儲存、金屬氫化物和碳質吸附儲存。

3 氫能源發展的制約因素

（1）高成本，由于制氫過程是一個相當復雜而且需要消耗大量其他能源才能得已實現，其提煉過程需要較高的成本，據有關科研人員進行假設推算，假如要想把美國所有的汽車都改造成為使用氫燃料的汽車，同時制氫燃料通過風力發電提供，那么這一過程所需的電能需要美國近一半的發電站同時工作才能保證，氫能源不但在制造過程中需要較高的成本，同時在進行儲存和運輸的過程中也是相當困難的，因為氫氣只有進行壓縮之后才能進行輸送，而且其對運輸過程中的要求也較高，一輛可以輸送2400千克天然氣的運輸車輛只能裝載288千克氫能，據相關數據綜合統計，通過利用氫能源生產的燃料電池車的生產成本達到8萬美元，這種發動機的汽車固然有其優點，但是過高的成本使氫能源在汽車行業的發展以及應用得到了很大程度的制約；（2）安全性，由于氫氣的密度小，很容易發生起火或者是氣化現象，因此在其制造、儲存以及傳輸過程中，可能會產生一些較為嚴重的危險現象，而且從目前的技術水平來看，還不能充分地保證這些過程中氫氣可能造成的危險預防，安全性能相對較低；（3）污染性，目前在氫能源的獲得方面主要是通過電解水和天然氣重整兩種技術方法，首先利用電解水的方法實現制氫時，相對最經濟的方法是把煤炭作為燃料獲得電能最終實現制氫過程，但是這一過程會產生較多的二氧化碳，對環境產生極大的污染，而通過天然氣制氫技術也會產生大量的二氧化碳，造成空氣污染。

4 氫能源在汽車工業中的發展前景及發展戰略

4.1 國際汽車業氫能研究的進展

為了有效地解決能源短缺的問題，進一步加強對能源的開發和利用，世界范圍內的相關部門在氫能源的研究方面都制定了完善的發展戰略計劃，通過大量科研人員的共同努力，氫能源在汽車行業的應用也取得了很大的成果，在這方面，美國通過和其他企業合作，率先把一座加油站改建成了可同時供應氣態和液態燃料的站點，同時在其他的一些發達國家也都取得了較大的成果。

4.2 中國汽車業氫能研究的進展

隨著國外發達國家對于氫技術的研究規模不斷擴大，同時在能源危機的巨大壓力下，我國對于氫能源的研究也越來越重視，比如，2002年1月我國科學院建立并開啟的非常重要的科研項目“大功率質子交換膜燃料電池發動機及氫源技術”，本項目耗費了大量的人力和財力，我國政府和相關部門之所以不惜代價地開啟本項目，最終目的就是為了能夠實現燃料電池汽車和氫能源相關技術在我國得到更好地發展，同時在用氫能源代替其他能源作為交通工具的燃料方面進行了大量的研究，投入了大量的資金，同時各大院校也加大了氫能源有效利用方面的科學研究，比如清華大學就在大力度地進行2008年在奧運會上通過氫能源作為燃料的汽車的多方面可行性研究，而且我國對氫能源的燃料電池的研究也有四十多年的時間了，而且通過相關人員的不懈努力已經取得了較好的成果，并在20世紀末期通過和其他公司進行技術合作，終于研制成功了第一臺燃料電池的電動汽車，2000年底上海神力科技有限公司開發了“氫動力一號”游覽車，2004年11月上海神力科技有限公司研制成功的“超越二號”轎車也是氫能源得到有效利用所取得的成果。

4.3 中國汽車業氫能研究的進展

為了使氫能源在我國汽車行業得到有效地應用，使其可以憑借高效節能的優勢在激烈的市場競爭中立于不敗之地，進一步提高汽車制造技術水平，同時更好地解決我國面臨的能源危機，我國政府及相關部門一定要提高對氫能源開發以及應用的重視程度，建立起專門的科學研究隊伍，加大人力和財力的投入力度，在借鑒國內外研究領域成功經驗的基礎上，結合我國實際的研究水平和發展情況，建立起切合實際的短期以及長期的發展計劃和具體的實施方案，具體來說可以按著三個大的步驟進行規劃：首先，是技術研發、政策制定以及市場培育階段，在這一過程中最主要的任務就是實現對氫能源的開發、利用過程中可能出現的問題的有效解決，比如，對于制氫過程中所需要的能源和較高的成本問題，氫氣的儲存、安全性、加氣站的建設以及通過氫氣作燃料的汽車排放問題，同時政府要對相關的研究部門提供最大的支持，在稅收、市場準入機制等方面采取一些有效的鼓勵政策，從而促進我國在氫能源方面的有效開發和應用；其次，向市場平穩過渡，這一過程也是氫能源技術不斷趨于成熟的過程，通過研發新的技術，使氫氣的制取更加多元化，找到更加方便、安全、經濟的儲存和運輸方法，同時在技術應用方面不斷提高其性能；在前兩個階段得到有效實現的基礎上就進入了第三階段，主要任務是進一步拓寬市場，加強基礎設施建設，以可再生能源作為原料制造出更經濟、清潔、高效和便捷的能源，國家加大對氫能源基礎設施建設的投入，從而使氫能技術和市場體系進一步完善。

參考文獻：

[1]汪叢偉，周帥林，洪學倫，等.燃料電池汽車氫源選擇的研究進展與預測[J].化學通報，2015（1）：30-35.

[2]王景儒.制氫方法及儲氫材料研制進展[J].化學推進劑與高分子料，2014（2）：13-21.

[3]楊志冠.儲氫研究進展情況[J].江西科學，2012（2）：191-196.

[4]陳子瑜.中國新能源產業發展的戰略思考[J].科技創新與應用，2017（17）：30.