氢动力汽车

本田氢动力汽车FC Sport

随着“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量在不断地呈现上升趋势，而石油等资源却捉襟见肘，另一方面，吞下大量汽油的车辆不断排放着有害气体和污染物质。最终的解决之道当然不是限制汽车工业发展，而是开放替代石油的新能源，燃料电池车的四轮快速又安静地滚过路面，辙印出新能源的名字——氢。

几乎所有的世界汽车巨头都在研制新能源汽车。 电曾经被认为是汽车的未来动力，但蓄电池漫长的充电时间和重量使得人们渐渐对它兴味索然。而目前（指2009年）的电与汽油合用的混合动力车只能暂时性地 缓解能源危机，只能减少但无法摆脱对石油的依赖。这个时候，氢动力燃料电池的出现，犹如再造了一艘诺亚方舟，让人们从危机中看到无限希望。

以氢气为汽车燃料这种说法刚出来时吓人一跳，但事实上是有根据的。氢具有很高的能量密度，释放的能量足以使汽车发动机运转，而且氢与氧气在燃料电池 中发生化学反应只生成水，没有污染。因此，许多科学家预言，以氢为能源的燃料电池是21世纪汽车的核心技术，它对汽车工业的革命性意义，相当于微处理器对计算机业那样重要。

2000年，通用推出“氢动1号”概念车

20世纪80年代，美国在研究中发现“陶瓷绝热发动机并不能提高发动机的热效率”，但美国厂商和相关机构故意虚张声势，诱导日本企业搞陶瓷绝热发动机。日本企业经过数年或十数年的努力后发现，它不能改善发动机的热效率，最终只能放弃。

和陶瓷绝热发动机类似，事实上国内此前流行的生物燃料，在发展过程中已经遇到了发展瓶颈。由于大量的玉米用来生产燃料，而使中国猪饲料发生紧缺，间接导致了猪肉价格的上涨。而氢燃料电池技术至少在50年或100年以后才能看出最终结果。

美国政府曾宣布将投资17亿美元把“氢能”作为新一代能源的重点发展对象。2006年，小布什政府提出要在未来20年内让美国人开上氢燃料电池动力汽车，日本的丰田、本田也在研究氢燃料汽车。

2001年，时任的美国总统乔治·沃克·布什上任后，由于拒绝参加京都协议，以及阻挠国会通过降低汽车平均油耗的法案而备受批评。为减少批评，他曾大力提倡“氢能源”、“氢经济”来表达对能源和环境问题的重视。但是外界评价，布什政府提倡氢能源是为了转移舆论指责。

宝马H2R氢动力

研究开发氢动力汽车一直走在前列，并且已投入数十亿美元的通用汽车从20个世纪60年代末，就开始了氢燃料电池驱动技术的研究，并且与中国上汽集团合 作开发出名为“凤凰”的中国首辆燃料电池汽车。2003年，通用汽车能源动力全球巡展上引起中国有关部门和业界人士广泛关注的“氢动三号”，已经达到了通 用汽车和欧宝品牌的商业化生产指标，驱动系统的模块化和摆脱对蓄电池的依赖使得“氢动三号”的总车重降低约100公斤，接近1590公斤的目标值，而且容 积与普通车型的载货空间完全相同。

通用汽车相当看好这一车型，认为“氢动三号”是向成熟燃料电池车规模化生产进程中取得的一项重大进展。通用将计划在2010年以后生产出大众能承受得起的燃料电池车，目标指向第一家销售100万辆燃料电池汽车的汽车公司。

并不是只有通用汽车一家在不惜血本开发燃料电池。戴姆勒·克莱斯勒在奔驰A级轿车的基础上为美国、欧洲、日本、新加坡的客户提供60辆氢燃料电池车，第一批已经行驶在美国和日本的街头。同样在燃料电池开发上注入重金的本田的FCX更是抢先一步，成为全球首辆商品化氢动力车。

2009年6月16日，美国南加州莫哈韦沙漠的艾尔·米诺日干湖那宽阔龟裂的土地上风大尘高。测试人员杰西驾驶着他那辆形似一颗水滴的改装车一 “飞”而过。依靠改装的氢动力发动机，他开到了时速199.712英里，刷新了此前由宝马H2R氢动力车在德国创下的186英里/小时（约299.3千 米）的氢动力陆地速度纪录。

氢燃烧发电示意图

与传统汽车相比，氢动力汽车能量转化效率高达60-80%，为内燃机的2至3倍。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，也没有硫和微粒排出。燃料电池本身工作没有噪声、没有振动，其电极仅作为化学反应的场所和导电的通道，本身不参与化学反应，没有损耗，寿命长。从这些方面来看，氢动力汽车当之无愧地是未来汽车发展的重点。

存储方式

目前（指2009年）用电解法制备一公斤液氢大约需要50度到60度电（包含压缩制冷耗电），随着能源紧张，民用电有可能涨到0.80元，那么按 60度电计算，制备一公斤液氢需要48元，按宝马效率，4公斤跑100公里，那么百公里燃料费用高达192元，是用户很难接受的。如果液氢先转化为电再以 比亚迪效率跑，按60%的发电效率计算，一公斤能发电32度，半公斤就够跑百公里了，燃料费用24元，比目前的汽油便宜一半还多。

提高氢燃烧发电效率，一是要把液氢从空气中吸收热量的过程利用起来（可以温差发电），二是要降低排出物携带的热量，这点离子交换膜电池倒是很好地解 决了。液氢由储氢罐出来后先进入级联气轮机室，吸收空气热量同时做功发电，达到空气温度后由离子交换膜电池（工作温度低于摄氏100度）继续加热级联气轮 机室，氢气由级联气轮机室出来，进入离子交换膜电池里发电。离子交换膜电池本身发电效率可以达到氢燃烧值的80%，加上级联发电级组从空气中吸收热量发的 电，效率会提高比较多。另外，如果将级联发电机组放在车头位置，由于液氢气化对环境的降温，可以在车头前方形成一个低压区，有利降低空气阻力。

氢燃烧与行驶过程的分离示意图

成本问题商业化最大阻力

对于汽车厂商来说，在汽车中保存氢是很大的问题。穿越欧洲14国的“氢动三号“使用的是一个存放液态氢的大型高压密封箱，仅够维持250英里。另外由于基础设施尚未跟进，“氢动三号”无法享受独行侠般的自由自在，随行车辆要在需要的时候为它进行氢补给。

然而，氢燃料电池要走上商业化道路，更大的阻碍是高昂的成本问题。目前（截止2009年6月）制造一辆燃料电池车的花费大约是普通汽车成本的100倍左右，只有那些为批量上市而生产的车型才能产生经济效益，但其成本仍然是普通汽车成本的10倍。

另外，虽然汽油价格上涨会使得车辆的全程价格越来越贵，但是氢燃料电池车如天价般的使用成本同样使得人们望而却步。现在虽然已经掌握燃料电池的相关 技术，但棘手的问题是要在消费者能够承受的价格限度内制造出此类电池，否则这类汽车将无法引起人们的兴趣。在操作层面上氢的提取成本是非常高的，要想大规 模获取液态氢，成本是以“亿美元”为计算单位的。另外，目前（指2009年）世界上氢的生产量还远远跟不上“氢时代”到来时的预计需求量，新的氢来源的开 发也是生产链中的关键点之一。 

在中国的“863计划”中和“十一五”计划中，明确将替代动力汽车技术列为重点发展项目。总投入3236万美元、为时5年的中国燃料电池公共汽车商业化示范项目也已正式启动，将以全球招标方式购置12辆燃料电池公共汽车，并建立相应加氢设施，在京沪两市示范运行。

有观点认为，国际上研制氢动力汽车不过10年左右，中国与国外水平十分接近。由于氢动力汽车结构与传统汽车完全不同，应当抓住这个时机获得今后“氢 时代”世界汽车工业的主动权。但是，国外汽车研究机构的实力并不是一天练成的，并且从目前（指2009年）阶段来看，中国的氢动力自主开发已经渐渐落后于 国外，国外的氢动力汽车虽然在商业化操作中还存在很多纰漏，但技术上已经快步成熟甚至可以量产上市。在中国发展氢动力汽车的初期，可能还是需要通过国内汽 车厂商与走在氢动力开发前列的国外汽车厂商的合作进行技术引进，实现中国汽车工业的可持续发展。