氢燃料汽车的现在与未来

在企业层面，我国第一辆FCEV于1999年12月在清华大学试验成功。2001年12月美国通用汽车公司和上汽集团合资的泛亚技术中心，研制出“风凰”FCEV。2008年北京奥运会上，有20辆各种燃料电池汽车在会上示范运用，2010年上海世博会上有40辆各种燃料电池汽车，供大会交通示范运行。2014年上海荣威950第四代FCEV产出，行程400公里。宇通客车公司是首家推出燃料电池客车，2014年9辆，2016年100辆，2020年计划4000辆，宇通第四代燃料电池客车，续程600公里，成本下降50%，加氢10分钟。北汽福田汽车公司也推出“欧辉”牌燃料电池客车，计划28辆，送广州和佛山地区进行示范运行。东风汽车公司第一款EQ5080型燃料电池厢式运输车已问世，续程305公里。据统计目前为止，我国共研发试制出200多辆各种燃料电池汽车在各个时间段进行示范运行。2017年6月2日工信部公布公告《新能源汽车推广应用推荐车型目录》中，就包括有燃料电池客车5种，专用车及卡车2种，如果加上2016年公布燃料电池轿车1种，则FCEV在国家目录中共计有8种车型，确认正式列为商品对待，但目前产量还很少，急待改革和改进。

●激发氢能的巨大潜力

氢能作为燃料电池的“燃料”，非常重要，一定要先行一步。

氢作为一种无色、无味的气体，广泛的分布于地球的地表、地幔、地核和大气层中，是宇宙中最为重要，质量最轻，最为清洁、最为丰富元素之一。

氢主要以化合物形式生存，最突出表现是水，氢占水总质量1/9，如果用电解水制氢，能量密度很高，其效率可达80%;氢还生存于一些矿物质中，如绿柱石，锂电气石，顽火辉石的结构中，多以极少量气态生存;氢还分布于地球不同气层中，含量随高度不同，也有少

量的氢气存在;更有趣的是氢气还是生命组成的一种元素，在人体中有81种元素，氢占10%，仅次于氧和碳，居第三位，所以氢也可称得上一种有机物的物种。

氢还有一个重要作用，即氢的同位素将对正在开发和试验的核聚变电站提供基础原料，我们曾用“氕”表示氢，它的同位素“氘”“氚”，也叫重氢，资源极为丰富，而且无辐射危险。大家都知道，人们先发明原子弹，后来又发明氢弹，实际上是核裂变和核聚变的理念和应用的革命性变化。欧盟认为到2035年核聚变电站可以投入商业化应用，我国专家认为到2040年有可能投入应用，目前我们和美、英、法、日、德等国家已多年组成联盟，共同开发核聚变电站。可以预言如果核聚变电站投入应用，那时用电几乎不用花钱，太便宜了，而且很安全，没有放射性，非常干净、无害，被称为“仿造太阳的工厂”。

氢在人为状态下形成三种形态：气体氢：这已成为氢的常态，是衡量氢物理和化学质量的标准形态;液态氢：目前多用高冷却方法形成的，要在零下253℃时，可促使氢液化，如现在太空火箭上的推动燃料就是用液态氢;固态氢：在超高压下，促使液氢向具有导电金属特性的固态氢出现，所以也叫金属氢，它具有很好的超导性和超级能量，在航天、航空和军工上有特殊用途，民用工业也有很好用途。

氢的备制历史也是很长，而且方法非常多样化，因时因地而宜，同时要求要不断改进创新之中。有电解水制氢、水煤气法制氢，、石油热裂合成和天然气热合成制氢、焦炉和煤气冷冻制氢，电解食盐水的副产氢、酿造工业发酵制氢、甲醇裂解吸附制氢、铁与水蒸气反应制氢等。当代比较新的制氢方法，如生物质制氢，微生物酶制氧、海水淡化制氢，可再生能源，如风能、太阳能、水能、地热能、海洋能发电制氢，如我国已建成海水淡化工程103个，总规模90万吨/日，并推广淡化水制氢示范工作。

氢的储存，包括民用和工业用气源以及交通工具，如FCEV气源的存储方式，有加压气态储存，目前国际上FCEV储氢罐压力达70Mpa已比较常用;液态储氢，对储氢罐技术要求高，罐内温度和外面温度相关很大，内部容器构造复杂，防止产生热漏，在FCEV上也有选用;金属氢储存是应用氢和多种不同金属化合之后生成金属氢化物，如铝、钒、镁、稀土系等，这种方法具有较大储氢容量，单位体积储氢密度好，储氢循环寿命长，成本低;还有非氢化物储存，如氮、硼、硅、甲醇等氢寄存其中，当化合物化解时放出氢，比较新型的纳米碳储氢，在碳微孔中存储大量氢，是一种有前景的储氢手段，还有碳纳米管电化储氢，已证实具有较高储氢量，具有良好应用前景，在FCEV都在选择之中。

氢气输送和加注。氢的运输对气态和液态已经实现大规模应用。由于用户和要求不同，氢气可以用管网，也可与天然气输送管共用，还有通过储氢容器装在车、船上，管网适应于量大的需求，船运、车运则适应分散的场合。

当前，对FCEV推广来说主要是建设加氢站问题。世界上第一座FCEV加氢站是1999年5月在德国慕尼黑机场建成。目前国际上已有加氢站主要以水电解制氢为主，少部份采用天然气水蒸气重整制氢，也有的是运氢到加氢站的。到2016年1月全球已设立290座，其中日本28座、欧洲97座、美国75座、韩国80座、中国4座、澳大利亚1座。中国加氢站分布在北京、上海、广州、郑州，今后将会在FCEV示范区建设加氢站，2017年中科院大连化物所与同济大学发明以风能与太阳能结合制氢的加氢站，每日可供200台FCEV续程800公里的需求。美国海德利森已到国内设立移动式加氢站业务，寻求合作建氢站。预计到2020年全球将出现5200座加氢站，比目前的增长18倍，以适应发展FCEV的需求。

据Persistence市场研究公司预测，到2020年全球氢气需求量将从2013年的2553亿立方米，增加到3248亿立方米，增长27%，其中特别是中国，将是全球氢能需求和生产第一大国。

氢能有这么多优势，但人们对氢能安全仍有担心，认为氢能属于一种易燃爆气体，特别是扩散度相当的快，当和空气接触时，形成混合气体，燃爆极限更宽。为此我专门请教了有关专家，得到答案，是认为氢气燃烧时容易快速喷发，但属直线式形态而逃逸，不像汽柴油那样燃烧后，不易疏散滞留性大，停留散发在原地带，所以氢燃烧危险不比汽柴油燃烧高，同时近来人们对氢的制备整个过程的泄漏、静电、电气防爆、脆化等不安全因素，大力进行改进，在实用中已取得比较好的安全验证。如本田2017年的Clarity已开始在日本本土和美国出售，燃料电池的3个储存罐嵌在底盘架上，这样虽然对车辆底部振动，环境恶劣，容易受碰撞，他们认为在技术上已得到反复测试可以放心使用，而客车多把氢罐放在车顶，出事故时对车内影响不大。但车企认为尽管有了这些安全举措，对氢能安全问题仍不能自满，仍作为全产业链的安全举措，持续不断改进，不断提升安全可靠的水平。