氫能是電動(dòng)汽車中鋰離子電池的替代品嗎？

在我們這個(gè)要求很高的社會(huì)中，能源使用一直是一個(gè)主要問題，而我們已經(jīng)習(xí)慣了石油、天然氣和電力成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊徊糠??！盁o限”獲取能源已被視為理所當(dāng)然，盡管人們擔(dān)心氣候變化并愿意減少碳排放，但事實(shí)上，從化石能源到可再生能源的過渡緩慢而分散。此外，許多決定都是在當(dāng)?shù)刈龀龅模c該地區(qū)、國(guó)家或工會(huì)的其他部分合作很少或根本沒有合作。因此，我們現(xiàn)在面臨著缺乏全球戰(zhàn)略的可再生能源部署，甚至可能更糟糕的是，沒有真正考慮到大規(guī)模儲(chǔ)能。

如今，特斯拉憑借鋰離子 (Li-ion) 電池主導(dǎo)了電動(dòng)汽車 (EV) 市場(chǎng)。該儲(chǔ)能系統(tǒng)由 6,831 個(gè)單獨(dú)的鋰離子電池組成，汽車電池重約 900 磅，大小與汽車的后備箱差不多。

除了物理尺寸的限制外，鋰離子電動(dòng)汽車電池的化學(xué)成分也帶來了新的挑戰(zhàn)。車輛需要充電幾個(gè)小時(shí)，而不是當(dāng)前的老式汽油快速充電幾分鐘。充電時(shí)間和EV距離比是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)，限制了長(zhǎng)途旅行。充電時(shí)間和 EV 距離比率將旅行限制在每天數(shù)百英里的短距離內(nèi)。

有替代方案嗎?

氫能

替代電力介質(zhì)，如氫，解決了鋰離子充電/距離比的挑戰(zhàn)。一次加氫相當(dāng)于當(dāng)前的汽油充電時(shí)間。信不信由你，有幾種氫源可供選擇——例如黑色、灰色、藍(lán)色和綠色——每種都需要不同的原料。

· 黑色——原料：褐煤或黑煤

· 灰色——原料：天然氣

· 藍(lán)色 — 原料：高溫、高壓和蒸汽

· 綠色——原料：水

黑氫是一種煤氣化產(chǎn)物，其產(chǎn)生的 CO 2質(zhì)量是氫氣的 20 倍?；疑珰錃鈦碜蕴烊粴獾恼羝卣?，產(chǎn)生十倍于氫氣的CO 2 ?！八{(lán)色”氫是灰色或黑色氫，其中化石燃料工業(yè)正在大力促進(jìn)過量的 CO 2。藍(lán)色氣體由氫氣和碳原料如汽油或柴油制成。

綠色氫是唯一可行的氫源。它來自通過質(zhì)子交換膜 (PEM) 電解裝置的自來水。可再生能源將氧氣和氫氣分開。

制氫過程

創(chuàng)建氫源需要識(shí)別原料和生產(chǎn)過程。例如，綠色制氫的生產(chǎn)過程將電解過程應(yīng)用于原料。

綠色制氫過程以水為原料開始。這個(gè)過程中的綠色能源來自風(fēng)能和太陽能。電解過程將氫氣從氧氣中分離出來，并將氫氣送到儲(chǔ)存裝置。顧名思義，綠色氫是環(huán)保的?？稍偕剂贤緩骄哂腥齻€(gè)組成部分：原料、生產(chǎn)過程和燃料類型。

因此，雖然鋰離子電池是目前首選的電動(dòng)汽車電源，但隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，新的存儲(chǔ)選擇正在開放。氫作為一種新的燃料場(chǎng)所就是一個(gè)很好的例子。

2020 年 7 月，歐盟能源系統(tǒng)整合和氫能戰(zhàn)略的采用為實(shí)現(xiàn)完全脫碳、更高效和互聯(lián)互通的能源部門鋪平了道路，其雄心勃勃的目標(biāo)是到 2050 年使歐盟實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立和氣候中和。從那時(shí)起，發(fā)生了很多活動(dòng)，但烏克蘭戰(zhàn)爭(zhēng)的政治局勢(shì)已經(jīng)重新洗牌，我們現(xiàn)在意識(shí)到我們的長(zhǎng)期愿景和現(xiàn)實(shí)之間的差距有多大。

經(jīng)常被討論并被視為一種好奇心，對(duì)氫的興趣，尤其是綠色氫，已成為人們關(guān)注的中心點(diǎn)，許多休眠項(xiàng)目已經(jīng)開始實(shí)施。氫谷、氫走廊的創(chuàng)建以及一些行業(yè)從傳統(tǒng)天然氣向氫的轉(zhuǎn)變顯示了該領(lǐng)域的重大進(jìn)展?？梢钥隙ǖ氖?，這是一個(gè)重大的轉(zhuǎn)變，需要大量的努力和投資，但也需要?jiǎng)?chuàng)新。在電解槽和燃料電池以及網(wǎng)絡(luò)能源管理方面已經(jīng)取得了許多改進(jìn)。

氫氣沒有“靈丹妙藥”，它應(yīng)該被視為生態(tài)系統(tǒng)的一部分。如前所述，不僅要重新思考我們?nèi)绾紊a(chǎn)能源，還要重新思考我們?nèi)绾芜\(yùn)輸和儲(chǔ)存能源，這一點(diǎn)非常重要。電池組非常適合本地應(yīng)用，但您如何存儲(chǔ)足夠的能量來為城市和工業(yè)提供數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天的電力?我們知道將電轉(zhuǎn)化為氫氣然后再轉(zhuǎn)化為電能并不是很有效;但是，當(dāng)需求超過生產(chǎn)或網(wǎng)絡(luò)無法向電網(wǎng)供電時(shí)，它可以提供替代解決方案。同樣，最近的風(fēng)旱迫使那些關(guān)閉核電站的國(guó)家現(xiàn)在不得不重啟燃煤發(fā)電機(jī)以彌補(bǔ)能源不足。

同樣，解決減少 CO 2排放、實(shí)現(xiàn)能源獨(dú)立和維持健康社會(huì)發(fā)展的復(fù)雜方程式并沒有什么神奇的力量。在考慮替代能源時(shí)，毫無疑問，核聚變可能是未來，但眾所周知，盡管在這一領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)展，但我們距離將聚變發(fā)電機(jī)連接到電網(wǎng)還有數(shù)年的時(shí)間。事實(shí)上，核聚變發(fā)電距離我們還有 30 年，而且永遠(yuǎn)是這樣，這是一個(gè)長(zhǎng)期存在的笑話。盡管如此，最近的出版物告訴我們，在大規(guī)模 ITER 啟動(dòng)之前，我們可能會(huì)看到微聚變發(fā)生器兌現(xiàn)承諾。

作為一名電力電子工程師和技術(shù)狂人，我堅(jiān)信并欣賞科學(xué)的力量以及我們面臨的能源挑戰(zhàn)。這些為我們提供了很大的創(chuàng)造力和創(chuàng)造力空間。