科普氢动力和氢燃料电池不是一回事儿

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在商用车行业,一提起氢燃料,更多的人会想到的是氢燃料电池技术。但或许很多人不知道,氢燃料给车提供动力还有另外一种技术路线——氢动力内燃机,并成为了许多商用车企业发展的未来方向。那么,氢燃料和氢动力技术之间到底有何不同,两者各自的优势是什么?

在中国,目前纯电动车是最主流的新能源技术路线。但锂电池也有一些弱点,重量、成本、环境影响和充电时间长等问题。氢燃料电池汽车,被誉为近乎完美的车用能源终极解决方案。学过化学的朋友都知道,氢和氧发生化学反应,产生能量和水。这也是氢能源车的基本工作原理。氢燃料电池车依靠氢燃料电池电堆中的氢气与氧气发生电化学反应产生电能驱动。氢燃料电池本质上就是一个发电装置,并成为原有锂离子电池电动汽车续航的“充电宝”。

氢燃料电池卡车

首先,氢具有广泛来源,是自然界最普遍存在的元素,是取之不尽、用之不竭的清洁能源。其次,在燃料电池电化学燃烧中的产物只有水,不会产生任何温室气体二氧化碳。最后,氢的能量密度高,氢能的能量密度是汽油的3倍,锂电池的倍,依靠这种超高能量密度驱动的车辆,续航里程很容易达到甚至超过现有燃油汽车。

氢燃料电池技术

不过氢燃料电池技术路线在无限光环背后也有其最致命的弱点,就是成本太过高昂。一方面由于氢燃料电池内部质子交换膜的催化层比较娇贵,在燃料电池堆中,需要铂作为催化剂,就是比黄金更稀有的铂金。如此娇贵的催化层就要求氢气纯度达到99.99%,现在最普遍容易的工业制氢法都无法达到该要求,只能转向价格非常昂贵的PEM和SOEC电解水制氢技术。另一方面由于氧气取自于空气,空气中的一氧化碳、二氧化碳以及其他氮氧化物都会对氢燃料电池的催化层造成不可逆的损害,故对空滤系统的要求就会非常高。

基于氢燃料电池技术路线上述这些主要问题,目前还不能在商用车上迅速普及。那么是否还有其他解决之道呢?既然氢气是一种可燃气体,自然可以通过内燃机燃烧使用,由此诞生了另一派专门研发氢动力内燃机的技术路线,对这条路线大家了解的或许还并不多。

氢动力卡车

氢动力发动机和普通燃油发动机一样,有吸气、压缩、做功以及排气四个冲程。由于这种技术用传统的燃烧反应取代了燃料电池的电化学反应,在燃烧过程中,并不需要如此高纯度的氢气,以及高纯度的氧气,很大程度解决了燃料电池技术目前过于高昂的成本问题。

此外,在技术特性层面值得注意的是,氢燃料电池驱动方式下电动机的扭矩在低转速时非常高,但随着电机转速的增加反而双曲减小。而电动机的动力(功率输出)是一条平线,因为每个电动机都有一个恒定的额定功率,以避免过热和防止损坏电线绝缘。相比之下,氢气内燃机的扭矩随着发动机转速的增加基本能保持不变(特别是对于增压发动机的情况),在更高的发动机转速下有更大的功率输出。因此,对于承担货物运输的中重型卡车来说,氢气内燃机通常是更经济且高效的选择。

在污染物排放技术处理层面来看,氢气发动机排放虽然达不到氢燃料电池技术的零排放,但与传统内燃机相比,其污染物种类的排放确实要低很多。除了氢气发动机释放接近零的微量二氧化碳(来自环境空气和润滑油)之外,作为氢气燃烧的潜在副产品的唯一重要污染物是氮氧化物(NOx)。然而,使用先进的燃烧过程和相对简单的后处理系统,氮氧化物的排放可以减少到接近于零。

氢动力内燃机还具有一个重要优势,该技术可以在原有技术细节优化的基础上迅速进入市场,因此在未来几年可以逐步减少柴油汽车特别是中重型柴油卡车的使用,其技术实现难度和成本远小于氢燃料电池系统。再者,相对于改变驱动机构,内燃机已经使用了百余年的历史,并得到了成熟服务体系的广泛支持。坚固耐用的发动机可以在多尘环境中工作,也可以承受剧烈振动,有多种规格和配置。从汽车制造商和车队运营商的角度来看,转向氢气发动机拥有更加成熟的零部件和技术体系。

因为这些原因,达夫、曼恩、斯堪尼亚等国外商用车厂商都在尝试开发氢内燃机技术。但戴姆勒、沃尔沃、依维柯等厂商更看好氢燃料电池技术。而国内厂商除了玉柴去年年底发布了国内首台燃氢发动机以外,其他主要车企的技术投入都在氢燃料电池上。由此可见,企业之间的观点分歧还是比较明显的。商车邦认为,由于氢内燃机的排放等问题,更适合作为一种过渡和补充技术。那么,大家对这两种技术的发展前景如何看待呢?




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