機(jī)動(dòng)車即將成為歷史,氫燃料安全問題亟待解決

　　在中國，提起汽車的電動(dòng)化，很多人想到的就是離不開充電樁的純電動(dòng)車。由于氫是地球上取之不盡用之不竭的能源，氫燃料是目前被公認(rèn)為清潔能源，而且在驅(qū)動(dòng)汽車時(shí)，排放的只有水氣，沒有二氧化碳，是真正的零排放，因此被視為節(jié)能減排電驅(qū)動(dòng)汽車的終極解決方案。

　　數(shù)日前，江蘇如皋有一場“第二屆國際燃料電池汽車大會”，記者在會場上看到了眼下豐田正在世界范圍內(nèi)進(jìn)行推廣的氫燃料電池車——Mirai。

　　對大多數(shù)人來說，豐田的混合動(dòng)力技術(shù)，可能是這個(gè)品牌最被消費(fèi)者熟悉的“名片”，但是以Mirai為代表的氫燃料技術(shù)，其實(shí)是這個(gè)汽車品牌，甚至可能是整個(gè)世界能源未來在當(dāng)下的一個(gè)具象化縮影。

　　能源利用的“石器時(shí)代”

　　自從人類嘗試著升起代表著文明的第一堆篝火以來，碳元素，就一直在人類的能源體系中扮演著不可缺少的角色，無論是人類踏入現(xiàn)代文明之后，每一發(fā)射出的子彈，還是蒸汽機(jī)帶動(dòng)起的工業(yè)車輪，我們都離不開碳元素進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化時(shí)釋放出的能量。但一方面隨著碳素能源被大量利用對環(huán)境造成的不可逆影響，另一方面科技進(jìn)步、社會結(jié)構(gòu)升級提出的對更強(qiáng)大能源的需求，用“氫”取代“碳”，成為了我們不可回避的能源宿命。

　　航天飛機(jī)的主推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)用的就是液氫液氧作為燃料（1:6的比例）

　　在航天領(lǐng)域，液氫液氧作為燃料的利用歷史早已有之，相比于液氧煤油、偏二甲肼等傳統(tǒng)火箭燃料，液氫的熱值高，液氫液氧作為火箭燃料能提供最大的比沖；但在汽車行業(yè)內(nèi)，以氫為能源的利用技術(shù)，卻離開實(shí)驗(yàn)室并沒有多遠(yuǎn)。

　　航天飛機(jī)運(yùn)輸載具中，橙色的巨大燃料罐所儲存的就是液氫和液氧

　　氫燃料的應(yīng)用困境：

　　首先，氫燃料不容易儲存，因?yàn)闅錃庵挥性谝夯?，才具有極高的熱值（作為火箭燃料時(shí)，氫氣均以液態(tài)形式存在），但液氫的沸點(diǎn)是零下252攝氏度，因此想大規(guī)模利用氫燃料，必須解決一系列維持液氫穩(wěn)定存在的技術(shù)。在航天領(lǐng)域，液氫液氧作為燃料，僅僅是在火箭發(fā)射前的24小時(shí)之內(nèi)才灌注到燃料箱體內(nèi)，因此不存在維持低溫的需求（火箭燃料箱本身具有保溫作用，且火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間很短，以秒計(jì)算）。

　　豐田燃料電池車的高壓氫氣罐采用多種復(fù)合材料制作。

　　其次，在現(xiàn)有技術(shù)條件下，氫均以高壓氣態(tài)的形式儲存于在氫氣罐中，考慮到氫的分子體積非常?。℉2），所以氫氣非常非常容易透過容器壁的分子間隙逃逸到外部空間。因此，氫氣罐的設(shè)計(jì)和制造，是氫儲存和運(yùn)輸過程中的難題；

　　最后，在氫燃料電池系統(tǒng)中，負(fù)責(zé)將氫氧兩種元素接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而發(fā)電的電堆，是氫燃料電池的最核心技術(shù)。在眼下，如何把電堆設(shè)計(jì)得發(fā)電效率更高，體積更小、質(zhì)量更輕、對貴金屬的依賴度更低（眼下的氫燃料電池需要使用大量的鉑）并具有更好的環(huán)境適應(yīng)性（低溫啟動(dòng)性），依然是不小的挑戰(zhàn)。

　　燃料電池的電堆和周邊設(shè)施

　　基于以上原因，很多汽車企業(yè)，包括一些頂級的歐洲汽車企業(yè)在新能源的方向進(jìn)行探索之后，一般都把氫燃料電池技術(shù)當(dāng)做一個(gè)近似于終極化的新能源技術(shù)，因?yàn)樵摷夹g(shù)幾乎是實(shí)現(xiàn)了完全意義上的“脫碳加氫”的目標(biāo)。這背后，是諸多企業(yè)在氫燃料電池技術(shù)研發(fā)之路上半途而廢，并用純電動(dòng)汽車技術(shù)作為折中的故事。

　　不過，對于豐田，對于豐田的mirai來說，氫能一直是最終極的新能源目標(biāo)。從本質(zhì)上說，Mirai就是個(gè)更加復(fù)雜的電動(dòng)車，但是在車輛的續(xù)航性能和使用便利性上卻達(dá)到了和傳統(tǒng)燃油車一樣的方便，這一點(diǎn)相信在很長時(shí)間以內(nèi)，都比電動(dòng)車具有更好的競爭優(yōu)勢。何況，眼下的Mirai的燃料電池系統(tǒng)中大量采用了普銳斯混動(dòng)系統(tǒng)中的現(xiàn)成技術(shù)，這也讓其制造成本得以大幅度降低，因此，即使初代的Mirai成本高達(dá)1億日元/輛，但豐田依然沒有放棄這項(xiàng)技術(shù)并致力于將其成本一步步降低到眼下可接受的700萬日元的程度。

　　氫燃料電池車的安全之爭

　　大家提起“氫”，總會不由得生出一種“不安全”的感覺來，這一方面是大家對于氫氣易燃這個(gè)事情都了熟于心（氫氣在空氣中的爆炸極限是4%至74.2%，這是一個(gè)非常Niubility的數(shù)據(jù)），另一方面，稍稍了解航空歷史的人，也都會記得當(dāng)年德國齊柏林飛艇的慘劇。

　　但是，我們能說攜帶著兩個(gè)氫氣罐的Mirai不安全嗎？其實(shí)車云菌覺得這個(gè)問題要辯證來看：首先，大家針對氫燃料電池車的安全之爭，幾乎全部聚焦在氫氣這個(gè)事情上，由此帶來的風(fēng)險(xiǎn)無非是兩種，一種是高壓氫氣罐爆炸時(shí)帶來的危險(xiǎn)，另外一種就是氫氣燃燒時(shí)帶來的危險(xiǎn)。

　　就第一種危險(xiǎn)來說，任何一個(gè)廠家的氫氣罐在出廠的時(shí)候，都會經(jīng)歷嚴(yán)苛的穿刺、撞擊、火燒等極端情況測試，并設(shè)計(jì)一個(gè)足以保障氫氣罐自身安全的系統(tǒng)策略，因此，想讓一個(gè)氫氣罐爆炸產(chǎn)生威脅，可能外界條件已經(jīng)復(fù)雜到只能用存在于理論上來形容了。

　　其次，眼下氫氣的提純技術(shù)已經(jīng)到了極為先進(jìn)的程度，這與當(dāng)年齊柏林飛艇在天空上飄來飄去的時(shí)代已經(jīng)截然不同。此時(shí)，儲存在氫氣罐中的氫氣是以極高的純度存在著，發(fā)生自燃的可能性就是零。如果說當(dāng)氫燃料汽車的氫氣罐在同等條件下，像傳統(tǒng)燃油車的油箱一樣發(fā)生自泄，那么氫氣的一些特性反倒會讓氫燃料電池車比傳統(tǒng)燃油車更加安全。

　　　　Mirai的加氫口

　　在一些測試過程中，當(dāng)氫氣罐發(fā)生可控或者不可控的自泄時(shí)，高壓氫氣會以極高的速度從氫氣罐中沖出來，由于氫氣在環(huán)境中的濃度會瞬間變得極高，因此與空氣充分混合發(fā)生爆燃的可能性很低（離開濃度談燃燒就是在耍流氓），此時(shí)的高壓氫氣流倒是可能會沖滅一些火焰；同時(shí)，由于氫氣的分子量很輕，所以空氣中的氫氣會以很快的速度迅速逃逸到事故現(xiàn)場的上方，這與傳統(tǒng)燃油車在油箱泄露之后，汽油散布到事故現(xiàn)場并提供火焰原料相比要更加安全。

　　但是，如果氫燃料電池車在一個(gè)相對密閉的空間里發(fā)生氫氣泄露之后，帶來的風(fēng)險(xiǎn)確實(shí)難以預(yù)估，因?yàn)槟悴荒車?yán)令禁止氫燃料電池車進(jìn)入地下停車場等這類場所，不過在未來，估計(jì)隨著氫燃料電池技術(shù)的推廣，一些基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也肯定會考慮到這方面的安全設(shè)計(jì)。

　　在離開氫燃料電池車的安全問題之后，我們必須面對的就是氫燃料電池汽車能給我們帶來的直接優(yōu)勢和間接優(yōu)勢。

　　首先，直接優(yōu)勢就是氫將成為一種終極的清潔能源，氫燃料電池汽車的排放產(chǎn)物只有水，而且是純水。只要能解決氫氣生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的排放問題，在氫燃料電車的使用環(huán)節(jié)中，對環(huán)境造成的影響相比于燃油車來說將具有無可比擬的優(yōu)勢（其實(shí)氫燃料電池隨著使用也會發(fā)生損耗，而且氫燃料電池系統(tǒng)中也有電池存在，但是這二者都可以通過回收實(shí)現(xiàn)廢物利用）。

　　豐田的氫燃料公交車

　　其次，氫能源的采用，將有利于合理改善現(xiàn)有的社會能源結(jié)構(gòu)和能源利用率，大家都知道，我們身邊的發(fā)電廠是在沒日沒夜的“連續(xù)工作狂”，在用電高峰期，發(fā)電廠玩了命的發(fā)電以彌補(bǔ)供電不足；在我們睡覺的用電低谷，發(fā)電廠也需要持續(xù)進(jìn)行發(fā)電以滿足“夜班”用戶的能源需求，此時(shí)，發(fā)電廠發(fā)出的很多電其實(shí)是被浪費(fèi)掉了。

　　因此，如果氫能作為一種二次、三次能源服務(wù)于社會，那么在一次和二次能源供給過剩的時(shí)候，完全可以用多余的能源來進(jìn)行發(fā)電制氫，然后在電力不足的時(shí)候，再把這部分氫氣轉(zhuǎn)換成電。在我們身邊，這類需要“削峰填谷”的能源關(guān)系比比皆是，大半夜無聊加班的火電廠是這樣的例子，絕對依賴自然條件的風(fēng)力發(fā)電站和太陽發(fā)電站是這樣的例子，甚至是一些山區(qū)的小型水力發(fā)電系統(tǒng)，也有可能因?yàn)闅淠茉吹慕槿?，從而成為一個(gè)穩(wěn)定可靠的能源提供角色，而在此之前，他們都是一些看老天臉色吃飯，說曠工就曠工的頑劣貨色。

　　氫能的利用現(xiàn)狀

　　眼下，超過50家以上的大型跨國公司（如谷歌、微軟、可口可樂）都在使用固定式氫能電力系統(tǒng)，在全球范圍內(nèi)，整個(gè)2016年共新建了92座加氫站，使其總數(shù)達(dá)到了接近300座的規(guī)模。

　　氫能的利用前景

　　在我們面向未來構(gòu)劃的理想社會中，氫氣很可能存在于我們生活的方方面面和角角落落之中，而滿大街跑來跑去的汽車，很可能再也聽不到震耳欲聾的發(fā)動(dòng)機(jī)轟鳴（這似乎是個(gè)壞消息），同時(shí)也不會對環(huán)境產(chǎn)生那么大的壓力了。