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氢燃料与氢能源清洁汽车应用现状.docx
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氢作为二次能源来源广泛,也算得上是“地球村”最为丰富的资源。它不仅可以来源于化石能源的工业副产品,还可以通过太阳能、风能、潮汐能等不稳定供电的可再生能源电解水制氢,还可以从煤气、天然气、细菌分解得到,可以回忆一下,我们在中学化学就有实验室测试过将氢气电解,点燃冒着蓝色火焰的场景,其实它更重要的是“可再生”和“重复利用”。
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氢燃料与氢能源清洁汽车应用现状
氢作为二次能源来源广泛,也算得上是“地球村”最为丰富的资源。它不仅可以来源于
化石能源的工业副产品,还可以通过太阳能、风能、潮汐能等不稳定供电的可再生能源电
解水制氢,还可以从煤气、天然气、细菌分解得到,可以回忆一下,我们在中学化学就有
实验室测试过将氢气电解,点燃冒着蓝色火焰的场景,其实它更重要的是“可再生”和“重复
利用”。
目前氢的制备主要有水、生物、石化燃料制氢。氢能源的转化效率比石油高出 10 倍
之多,目前,汽车领域氢能源的使用主要是通过燃料电池和氢气发动机。可再生能源制氢
是可预见性的燃料发展的最高点,所以现在的车企都要造氢能源车,氢能源具备假面几个
特点。
一是自然界存在最普遍的元素,氢氦锂铍硼碳氮氧氟氖,念一遍,氢排第一,量子小
但是数量多。除空气中含有氢气外,他的主要化合物的形态存储于水中,而水是地球上最
广泛的物质。据科学家推算,如把海水中的氢全部提取,它所产生的总热量比地球上所有
化石燃料放出的热量还大 9000 倍。
二是除核燃料外,氢的发热值是所有化石原料、化工原料和生物燃料最高的,为
142.35 千焦/公斤,是汽油发热值的 3 倍。
三是燃烧性能好,点燃快,体积分数占 3%-97 范围内均可燃烧。
四是无毒,与其他燃料相比,燃烧最清洁,除生成水和氮化氢外,没有内燃机烧汽油
还烧出一氧化碳、二氧化碳、烃类化合物、粉尘颗粒物等等对环境有害物质,少量氮化氢
经过处理,又变成氮气和氢气,生成的水继续循环使用。
五是利用形式多,既可以通过燃烧产生热能,在热力发动机中产生机械功,又可以作
为能源材料用于燃料电池,或转换成固态氢用做结构材料。
氢作为发动机燃料目前仍存在一些问题,由于氢的燃烧速度快,易产生早燃,进气管
回火。氢的能量密度低,无论采用低温液化、高压压缩,还是其他金属吸附的方法,燃料
及附加设备的质量和体积都比较大。另外就是氢的制造成本目前比较高,天阳能制氢的成
本是汽油的 100 倍,如果有先进的制氢设备面世,太阳能的高效廉价利用,燃料电池技术
进步,储氢技术的突破,我们将会有大量的氢作为能源的动力机械,不仅限于汽车。
氢能源在汽车行业中的应用,包括了发动机、制氢技术、储运方式三个重要环节。
利用氢能源的车用发动机主要有两种:氢燃料发动机和燃料电池发动机。氢燃料发动
机分为纯氢燃料发动机和掺氢燃料发动机。纯氢燃料发动机是通过对现有汽油机进行适当
改装后直接燃用氢气,氢气可以在排气管内与空气预混,也可以直接喷入气缸行成混合气
体燃烧。掺氢发动机多多都是将氢作为汽油机的部分代用燃料,掺氢燃烧可以大大改善汽
油机的性能和排放污染。目前国六 OBD 排放在线监测系统中,速锐得已经服务多家掺氢
项目,降低重型柴油车的排放污染,提升燃烧效率。
燃料电池是一种等温进行,直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能高效、无污染转化
为电能的发电装置。氢气与氧气生成水,电子通过外电路做功并构成电的回路,依靠电能
驱动汽车,生成的水不稀释电解质,而是通过电极随反应尾气排出,只要能保证燃料和氧
化剂的供给,燃料电池就可以连续不断产生电能。
制氢技术和储运方式就不展开了,都是大课题,和我们本身业务相关性不强,不展开
理解。氢燃料汽车目前使用的内燃机是在传统内燃机的基础上加以修改后可以直接用氢为
燃料进行燃烧,产生动力。燃烧的产物只有水和 NOx,不会产生颗粒、积炭等,从而大大
减少了发动机的磨损和减轻润滑油被污染的程度,是目前发动机最清洁的燃料。但其效率
低,大约只有 38%左右,且由于氢燃料热值高,火焰传播速度快和点火范围宽等特点,氢
燃料发动机容易出现早燃、回火、敲缸、发动机热负荷高等情况。燃氢汽车不会污染环境
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