申娟++趙康++陳靜++安剛

摘 要：隨著科研水平的不斷提高，氫能源在許多行業(yè)都有很好的應(yīng)用，特別是最近幾年，氫能源在汽車行業(yè)中的應(yīng)用得到了較好地發(fā)展，文章首先闡述了氫能源的發(fā)展概述，同時分析了制氫技術(shù)和儲氫技術(shù)，并分析了其在汽車發(fā)動機方面的應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了影響氫能源發(fā)展的因素，提出氫能源的發(fā)展前景以及發(fā)展戰(zhàn)略。

關(guān)鍵詞：氫能源汽車；發(fā)展?fàn)顩r；分析

中圖分類號：TE09 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0164-02

1 氫能源概述

目前我國的汽車燃料大部分使用的是石油和天然氣，然而隨著我國能源的日益減少，保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源成為了當(dāng)前能源開發(fā)需要遵循的主要原則，為了給人們提供一個良好的生存環(huán)境，充分利用能源，我國以及世界范圍內(nèi)的很多學(xué)者都在努力研究能源的有效利用和開發(fā)，通過大量的研究表明，氫能源具有很多優(yōu)點，比如氫能源可以產(chǎn)生較大的熱量，同時在作為燃料進(jìn)行燃燒時不會對外界環(huán)境產(chǎn)生污染，因為它通過和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水，而且這種能源在很多物質(zhì)中都有一定的含量，來源比較廣，如一些生物質(zhì)和水中都含有大量的氫成分，同時氫能源是一種可再生能源，所以氫能源得到了廣大科研人員的高度重視，也被作為應(yīng)用到汽車行業(yè)中的主要研究對象之一。

2 氫能源的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 利用氫能的發(fā)動機

汽車的發(fā)動機在氫能源的應(yīng)用方面主要有兩種，即氫燃料發(fā)動機和燃料電池發(fā)動機，氫燃料發(fā)動機根據(jù)氫能源的純度可以分為純氫燃料和摻氫燃料兩種，純氫燃料在發(fā)動機中的應(yīng)用是在原來以汽油作燃料的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的，改為完全用氫能源作燃料，這種發(fā)動機的應(yīng)用的優(yōu)點主要有：只是通過和空氣進(jìn)行簡單的混合就能夠很容易地實現(xiàn)，同時氫能源和氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)之后的產(chǎn)物只有H2O和NOx，沒有產(chǎn)生一些固體物質(zhì)，所以對發(fā)動機產(chǎn)生的損害非常小，相對來說對汽車所用的潤滑油幾乎不會產(chǎn)生污染；但是由于氫能源的在燃燒時溫度高，會產(chǎn)生很大的熱量等特點，導(dǎo)致通過應(yīng)用氫能源的發(fā)動機經(jīng)常會遇到早燃、回火、敲缸、發(fā)動機熱負(fù)荷高等問題。氫能源在作為汽車發(fā)動機的燃料時，還可以和其他的燃料一起使用，它只是作為燃料的一部分，這種應(yīng)用也稱為摻氫燃料發(fā)動機，通過在燃料中摻雜一部分氫能源，可以有效地提高汽油機的使用性能。燃料電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程得以實現(xiàn)的，是通過一定的原理和作用完成電子輸送的過程，通過這一技術(shù)在發(fā)動機使用過程中的應(yīng)用，其優(yōu)點主要有能量利用率高，而且便于攜帶。

2.2 制氫技術(shù)

從目前學(xué)者對于制氫技術(shù)的研究來看，可以總結(jié)為三個方面：（1）通過使用化學(xué)燃料實現(xiàn)制氫，比如，通過烴類的分解、氧化重整，碳?xì)浠衔锏难趸约懊旱臍饣确椒ㄖ圃鞖錃?，在目前是一種較為常見的制氫手段；（2）通過分解水的方法實現(xiàn)制氫，比如水的電解、光解、熱化學(xué)分解和直接熱分解的過程中都可以提煉出氫成分，應(yīng)用最為廣泛的就是通過太陽能來分解水進(jìn)行制氫；（3）生物制氫，這種制氫技術(shù)主要有細(xì)菌發(fā)酵法、海洋藻類光合放氫，這種制氫方法和前兩種技術(shù)相比具有消耗能源小且對環(huán)境污染小的優(yōu)點。

2.3 儲氫技術(shù)

儲氫技術(shù)是發(fā)展氫能源有效利用的最主要問題，目前來看也是影響氫能源發(fā)展和利用的主要因素之一，氫能源之所以不易儲藏，是由于其在正常狀態(tài)下呈氣體狀態(tài)，密度只是空間的1/14，所以為了促進(jìn)氫能源更好地在多個領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，應(yīng)該研究一種既方便又經(jīng)濟(jì)的儲氫技術(shù)，目前，較為常用的儲氫技術(shù)主要有：氫的壓縮儲存、液化儲存、金屬氫化物和碳質(zhì)吸附儲存。

3 氫能源發(fā)展的制約因素

（1）高成本，由于制氫過程是一個相當(dāng)復(fù)雜而且需要消耗大量其他能源才能得已實現(xiàn)，其提煉過程需要較高的成本，據(jù)有關(guān)科研人員進(jìn)行假設(shè)推算，假如要想把美國所有的汽車都改造成為使用氫燃料的汽車，同時制氫燃料通過風(fēng)力發(fā)電提供，那么這一過程所需的電能需要美國近一半的發(fā)電站同時工作才能保證，氫能源不但在制造過程中需要較高的成本，同時在進(jìn)行儲存和運輸?shù)倪^程中也是相當(dāng)困難的，因為氫氣只有進(jìn)行壓縮之后才能進(jìn)行輸送，而且其對運輸過程中的要求也較高，一輛可以輸送2400千克天然氣的運輸車輛只能裝載288千克氫能，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計，通過利用氫能源生產(chǎn)的燃料電池車的生產(chǎn)成本達(dá)到8萬美元，這種發(fā)動機的汽車固然有其優(yōu)點，但是過高的成本使氫能源在汽車行業(yè)的發(fā)展以及應(yīng)用得到了很大程度的制約；（2）安全性，由于氫氣的密度小，很容易發(fā)生起火或者是氣化現(xiàn)象，因此在其制造、儲存以及傳輸過程中，可能會產(chǎn)生一些較為嚴(yán)重的危險現(xiàn)象，而且從目前的技術(shù)水平來看，還不能充分地保證這些過程中氫氣可能造成的危險預(yù)防，安全性能相對較低；（3）污染性，目前在氫能源的獲得方面主要是通過電解水和天然氣重整兩種技術(shù)方法，首先利用電解水的方法實現(xiàn)制氫時，相對最經(jīng)濟(jì)的方法是把煤炭作為燃料獲得電能最終實現(xiàn)制氫過程，但是這一過程會產(chǎn)生較多的二氧化碳，對環(huán)境產(chǎn)生極大的污染，而通過天然氣制氫技術(shù)也會產(chǎn)生大量的二氧化碳，造成空氣污染。

4 氫能源在汽車工業(yè)中的發(fā)展前景及發(fā)展戰(zhàn)略

4.1 國際汽車業(yè)氫能研究的進(jìn)展

為了有效地解決能源短缺的問題，進(jìn)一步加強對能源的開發(fā)和利用，世界范圍內(nèi)的相關(guān)部門在氫能源的研究方面都制定了完善的發(fā)展戰(zhàn)略計劃，通過大量科研人員的共同努力，氫能源在汽車行業(yè)的應(yīng)用也取得了很大的成果，在這方面，美國通過和其他企業(yè)合作，率先把一座加油站改建成了可同時供應(yīng)氣態(tài)和液態(tài)燃料的站點，同時在其他的一些發(fā)達(dá)國家也都取得了較大的成果。

4.2 中國汽車業(yè)氫能研究的進(jìn)展

隨著國外發(fā)達(dá)國家對于氫技術(shù)的研究規(guī)模不斷擴(kuò)大，同時在能源危機的巨大壓力下，我國對于氫能源的研究也越來越重視，比如，2002年1月我國科學(xué)院建立并開啟的非常重要的科研項目“大功率質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動機及氫源技術(shù)”，本項目耗費了大量的人力和財力，我國政府和相關(guān)部門之所以不惜代價地開啟本項目，最終目的就是為了能夠?qū)崿F(xiàn)燃料電池汽車和氫能源相關(guān)技術(shù)在我國得到更好地發(fā)展，同時在用氫能源代替其他能源作為交通工具的燃料方面進(jìn)行了大量的研究，投入了大量的資金，同時各大院校也加大了氫能源有效利用方面的科學(xué)研究，比如清華大學(xué)就在大力度地進(jìn)行2008年在奧運會上通過氫能源作為燃料的汽車的多方面可行性研究，而且我國對氫能源的燃料電池的研究也有四十多年的時間了，而且通過相關(guān)人員的不懈努力已經(jīng)取得了較好的成果，并在20世紀(jì)末期通過和其他公司進(jìn)行技術(shù)合作，終于研制成功了第一臺燃料電池的電動汽車，2000年底上海神力科技有限公司開發(fā)了“氫動力一號”游覽車，2004年11月上海神力科技有限公司研制成功的“超越二號”轎車也是氫能源得到有效利用所取得的成果。

4.3 中國汽車業(yè)氫能研究的進(jìn)展

為了使氫能源在我國汽車行業(yè)得到有效地應(yīng)用，使其可以憑借高效節(jié)能的優(yōu)勢在激烈的市場競爭中立于不敗之地，進(jìn)一步提高汽車制造技術(shù)水平，同時更好地解決我國面臨的能源危機，我國政府及相關(guān)部門一定要提高對氫能源開發(fā)以及應(yīng)用的重視程度，建立起專門的科學(xué)研究隊伍，加大人力和財力的投入力度，在借鑒國內(nèi)外研究領(lǐng)域成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國實際的研究水平和發(fā)展情況，建立起切合實際的短期以及長期的發(fā)展計劃和具體的實施方案，具體來說可以按著三個大的步驟進(jìn)行規(guī)劃：首先，是技術(shù)研發(fā)、政策制定以及市場培育階段，在這一過程中最主要的任務(wù)就是實現(xiàn)對氫能源的開發(fā)、利用過程中可能出現(xiàn)的問題的有效解決，比如，對于制氫過程中所需要的能源和較高的成本問題，氫氣的儲存、安全性、加氣站的建設(shè)以及通過氫氣作燃料的汽車排放問題，同時政府要對相關(guān)的研究部門提供最大的支持，在稅收、市場準(zhǔn)入機制等方面采取一些有效的鼓勵政策，從而促進(jìn)我國在氫能源方面的有效開發(fā)和應(yīng)用；其次，向市場平穩(wěn)過渡，這一過程也是氫能源技術(shù)不斷趨于成熟的過程，通過研發(fā)新的技術(shù)，使氫氣的制取更加多元化，找到更加方便、安全、經(jīng)濟(jì)的儲存和運輸方法，同時在技術(shù)應(yīng)用方面不斷提高其性能；在前兩個階段得到有效實現(xiàn)的基礎(chǔ)上就進(jìn)入了第三階段，主要任務(wù)是進(jìn)一步拓寬市場，加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以可再生能源作為原料制造出更經(jīng)濟(jì)、清潔、高效和便捷的能源，國家加大對氫能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入，從而使氫能技術(shù)和市場體系進(jìn)一步完善。

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