“氫”車上路：探秘清潔高效的氫能源

廖夷戎

“氫”車上路，又“氫”又快

2024年4月19日，兩輛以氫為燃料的汽車實現了北京到上海的1500公里長距離運輸測試，這是我國氫能車輛首次大范圍、長距離、跨區域的實際運輸測試。3月21日，全球首列氫能源市域列車在長春完成了每小時160千米滿載運行試驗，首次實現了時速160千米氫能列車的全系統、全場景、多層級性能驗證。列車內置的氫能動力系統為車輛運行提供了動力源。試驗過程中，列車每千米實際運行平均能耗僅為5千瓦時，最高續航里程可達1000千米。與傳統內燃動力市域車輛相比，每列氫能源市域列車全壽命周期可實現5萬噸二氧化碳減排，相當于5萬輛汽車各開5000千米的碳排放量。此外，由于擺脫了接觸網運行條件的束縛，氫能源列車可以廣泛應用于現存的非電氣化線路區段，大幅提升市域車輛的應用范圍，同時避免了電氣化改造帶來的龐大基建投入和維護成本。

氫能具有能量密度大、獲取方式多樣、制取和使用過程清潔等特點，是國家推進“雙碳”目標落地的重要新型能源選擇。氫燃料電池在使用過程中不會排放污染物；使用效率可以達到50%，比內燃機的效率高出很多；燃料電池本身比蓄電池更輕，跟燃油車的加注時間相近；隨著儲氫技術提升，氫燃料電池汽車可以輕松續航500千米。

挑戰和難題

氫能源汽車雖然有著巨大的潛力和優勢，但是也面臨著諸多的挑戰和難題。

第一，成本問題。目前，氫燃料電池汽車的價格還很高。燃料電池系統包括了電堆、催化劑、壓縮機、儲氫罐等部件，其中催化劑通常使用貴金屬如鉑、鈀等，而儲氫罐也需要高強度、高壓力的材料來保證其安全性。在氫能源汽車無法實現低成本量產的前提下，一般會作為公共服務車輛使用，例如氫能源列車和冬奧會接送選手所用的大巴。

第二，基礎設施問題。目前，全球的加氫站數量還很少，分布也不均勻，往往集中在一些大城市或者示范區域。用戶在使用氫能源汽車時會面臨加氫難、加氫貴、加氫慢等問題。

第三，制氫問題。目前，大部分的制氫方式都是通過化石燃料如天然氣、煤等進行蒸汽重整，或者水煤氣變換等工藝來實現的。如果要實現真正的零排放和低碳化，則需要采用可再生能源如太陽能、風能等，進行水電解等方式來制取氫氣，這種方法成本較高，還會受到可再生能源的供應波動和地域限制的影響。

要想實現氫能源汽車的大規模推廣和普及，還需要政府、企業、社會等各方面共同努力，加大技術創新和政策支持，降低成本和門檻，完善基礎設施和服務體系，提高用戶的認知和接受度。或許在不久的將來，我們會看到更多的氫能源汽車出現在身邊，為我們帶來更加綠色、便捷、舒適的出行體驗。你對氫能源汽車有什么看法？你認為它會成為未來的主流嗎？

科學小實驗

通過電解水產生氫氣、氧氣，我們可制作出簡易的氫燃料電池。氫燃料電池是一種將化學能直接轉化為電能的裝置，它利用原電池的原理，通過電解質，讓氫氣和氧氣發生反應，從而產生電流和水。

準備材料：電解水裝置、學生直流電源、火柴、帶火星的木條、硫酸鈉固體、純凈水

第一步：往電解水裝置中的玻璃管中注滿硫酸鈉溶液。

第二步：關閉活塞，接通電源。仔細觀察，兩個電極上都產生了氣泡。

第三步： 兩支玻璃管液面下降。陰極與陽極產生的氣體的體積比約為2：1。

第四步： 用燃燒的火柴可以點燃陰極產生的氣體，觀察到氣體燃燒，是氫氣。用帶火星的木條檢驗陽極產生的氣體，帶火星的木條復燃，是氧氣。