機動車即將成為歷史,氫燃料安全問題亟待解決

　　在中國，提起汽車的電動化，很多人想到的就是離不開充電樁的純電動車。由于氫是地球上取之不盡用之不竭的能源，氫燃料是目前被公認為清潔能源，而且在驅動汽車時，排放的只有水氣，沒有二氧化碳，是真正的零排放，因此被視為節(jié)能減排電驅動汽車的終極解決方案。

　　數日前，江蘇如皋有一場“第二屆國際燃料電池汽車大會”，記者在會場上看到了眼下豐田正在世界范圍內進行推廣的氫燃料電池車——Mirai。

　　對大多數人來說，豐田的混合動力技術，可能是這個品牌最被消費者熟悉的“名片”，但是以Mirai為代表的氫燃料技術，其實是這個汽車品牌，甚至可能是整個世界能源未來在當下的一個具象化縮影。

　　自從人類嘗試著升起代表著文明的第一堆篝火以來，碳元素，就一直在人類的能源體系中扮演著不可缺少的角色，無論是人類踏入現代文明之后，每一發(fā)射出的子彈，還是蒸汽機帶動起的工業(yè)車輪，我們都離不開碳元素進行化學轉化時釋放出的能量。但一方面隨著碳素能源被大量利用對環(huán)境造成的不可逆影響，另一方面科技進步、社會結構升級提出的對更強大能源的需求，用“氫”取代“碳”，成為了我們不可回避的能源宿命。

　　航天飛機的主推進發(fā)動機用的就是液氫液氧作為燃料（1:6的比例）

　　在航天領域，液氫液氧作為燃料的利用歷史早已有之，相比于液氧煤油、偏二甲肼等傳統(tǒng)火箭燃料，液氫的熱值高，液氫液氧作為火箭燃料能提供最大的比沖；但在汽車行業(yè)內，以氫為能源的利用技術，卻離開實驗室并沒有多遠。

　　航天飛機運輸載具中，橙色的巨大燃料罐所儲存的就是液氫和液氧

　　首先，氫燃料不容易儲存，因為氫氣只有在液化后，才具有極高的熱值（作為火箭燃料時，氫氣均以液態(tài)形式存在），但液氫的沸點是零下252攝氏度，因此想大規(guī)模利用氫燃料，必須解決一系列維持液氫穩(wěn)定存在的技術。在航天領域，液氫液氧作為燃料，僅僅是在火箭發(fā)射前的24小時之內才灌注到燃料箱體內，因此不存在維持低溫的需求（火箭燃料箱本身具有保溫作用，且火箭發(fā)動機工作時間很短，以秒計算）。

　　豐田燃料電池車的高壓氫氣罐采用多種復合材料制作。

　　其次，在現有技術條件下，氫均以高壓氣態(tài)的形式儲存于在氫氣罐中，考慮到氫的分子體積非常小（H2），所以氫氣非常非常容易透過容器壁的分子間隙逃逸到外部空間。因此，氫氣罐的設計和制造，是氫儲存和運輸過程中的難題；

　　最后，在氫燃料電池系統(tǒng)中，負責將氫氧兩種元素接觸并發(fā)生化學反應，進而發(fā)電的電堆，是氫燃料電池的最核心技術。在眼下，如何把電堆設計得發(fā)電效率更高，體積更小、質量更輕、對貴金屬的依賴度更低（眼下的氫燃料電池需要使用大量的鉑）并具有更好的環(huán)境適應性（低溫啟動性），依然是不小的挑戰(zhàn)。

　　基于以上原因，很多汽車企業(yè)，包括一些頂級的歐洲汽車企業(yè)在新能源的方向進行探索之后，一般都把氫燃料電池技術當做一個近似于終極化的新能源技術，因為該技術幾乎是實現了完全意義上的“脫碳加氫”的目標。這背后，是諸多企業(yè)在氫燃料電池技術研發(fā)之路上半途而廢，并用純電動汽車技術作為折中的故事。

　　不過，對于豐田，對于豐田的mirai來說，氫能一直是最終極的新能源目標。從本質上說，Mirai就是個更加復雜的電動車，但是在車輛的續(xù)航性能和使用便利性上卻達到了和傳統(tǒng)燃油車一樣的方便，這一點相信在很長時間以內，都比電動車具有更好的競爭優(yōu)勢。何況，眼下的Mirai的燃料電池系統(tǒng)中大量采用了普銳斯混動系統(tǒng)中的現成技術，這也讓其制造成本得以大幅度降低，因此，即使初代的Mirai成本高達1億日元/輛，但豐田依然沒有放棄這項技術并致力于將其成本一步步降低到眼下可接受的700萬日元的程度。

　　大家提起“氫”，總會不由得生出一種“不安全”的感覺來，這一方面是大家對于氫氣易燃這個事情都了熟于心（氫氣在空氣中的爆炸極限是4%至74.2%，這是一個非常Niubility的數據），另一方面，稍稍了解航空歷史的人，也都會記得當年德國齊柏林飛艇的慘劇。

　　但是，我們能說攜帶著兩個氫氣罐的Mirai不安全嗎？其實車云菌覺得這個問題要辯證來看：首先，大家針對氫燃料電池車的安全之爭，幾乎全部聚焦在氫氣這個事情上，由此帶來的風險無非是兩種，一種是高壓氫氣罐爆炸時帶來的危險，另外一種就是氫氣燃燒時帶來的危險。

　　就第一種危險來說，任何一個廠家的氫氣罐在出廠的時候，都會經歷嚴苛的穿刺、撞擊、火燒等極端情況測試，并設計一個足以保障氫氣罐自身安全的系統(tǒng)策略，因此，想讓一個氫氣罐爆炸產生威脅，可能外界條件已經復雜到只能用存在于理論上來形容了。

　　其次，眼下氫氣的提純技術已經到了極為先進的程度，這與當年齊柏林飛艇在天空上飄來飄去的時代已經截然不同。此時，儲存在氫氣罐中的氫氣是以極高的純度存在著，發(fā)生自燃的可能性就是零。如果說當氫燃料汽車的氫氣罐在同等條件下，像傳統(tǒng)燃油車的油箱一樣發(fā)生自泄，那么氫氣的一些特性反倒會讓氫燃料電池車比傳統(tǒng)燃油車更加安全。

　　　　Mirai的加氫口

　　在一些測試過程中，當氫氣罐發(fā)生可控或者不可控的自泄時，高壓氫氣會以極高的速度從氫氣罐中沖出來，由于氫氣在環(huán)境中的濃度會瞬間變得極高，因此與空氣充分混合發(fā)生爆燃的可能性很低（離開濃度談燃燒就是在耍流氓），此時的高壓氫氣流倒是可能會沖滅一些火焰；同時，由于氫氣的分子量很輕，所以空氣中的氫氣會以很快的速度迅速逃逸到事故現場的上方，這與傳統(tǒng)燃油車在油箱泄露之后，汽油散布到事故現場并提供火焰原料相比要更加安全。

　　但是，如果氫燃料電池車在一個相對密閉的空間里發(fā)生氫氣泄露之后，帶來的風險確實難以預估，因為你不能嚴令禁止氫燃料電池車進入地下停車場等這類場所，不過在未來，估計隨著氫燃料電池技術的推廣，一些基礎設施建設也肯定會考慮到這方面的安全設計。

　　在離開氫燃料電池車的安全問題之后，我們必須面對的就是氫燃料電池汽車能給我們帶來的直接優(yōu)勢和間接優(yōu)勢。

　　首先，直接優(yōu)勢就是氫將成為一種終極的清潔能源，氫燃料電池汽車的排放產物只有水，而且是純水。只要能解決氫氣生產制造環(huán)節(jié)的排放問題，在氫燃料電車的使用環(huán)節(jié)中，對環(huán)境造成的影響相比于燃油車來說將具有無可比擬的優(yōu)勢（其實氫燃料電池隨著使用也會發(fā)生損耗，而且氫燃料電池系統(tǒng)中也有電池存在，但是這二者都可以通過回收實現廢物利用）。

　　豐田的氫燃料公交車

　　其次，氫能源的采用，將有利于合理改善現有的社會能源結構和能源利用率，大家都知道，我們身邊的發(fā)電廠是在沒日沒夜的“連續(xù)工作狂”，在用電高峰期，發(fā)電廠玩了命的發(fā)電以彌補供電不足；在我們睡覺的用電低谷，發(fā)電廠也需要持續(xù)進行發(fā)電以滿足“夜班”用戶的能源需求，此時，發(fā)電廠發(fā)出的很多電其實是被浪費掉了。

　　因此，如果氫能作為一種二次、三次能源服務于社會，那么在一次和二次能源供給過剩的時候，完全可以用多余的能源來進行發(fā)電制氫，然后在電力不足的時候，再把這部分氫氣轉換成電。在我們身邊，這類需要“削峰填谷”的能源關系比比皆是，大半夜無聊加班的火電廠是這樣的例子，絕對依賴自然條件的風力發(fā)電站和太陽發(fā)電站是這樣的例子，甚至是一些山區(qū)的小型水力發(fā)電系統(tǒng)，也有可能因為氫能源的介入，從而成為一個穩(wěn)定可靠的能源提供角色，而在此之前，他們都是一些看老天臉色吃飯，說曠工就曠工的頑劣貨色。

　　眼下，超過50家以上的大型跨國公司（如谷歌、微軟、可口可樂）都在使用固定式氫能電力系統(tǒng)，在全球范圍內，整個2016年共新建了92座加氫站，使其總數達到了接近300座的規(guī)模。

　　在我們面向未來構劃的理想社會中，氫氣很可能存在于我們生活的方方面面和角角落落之中，而滿大街跑來跑去的汽車，很可能再也聽不到震耳欲聾的發(fā)動機轟鳴（這似乎是個壞消息），同時也不會對環(huán)境產生那么大的壓力了。