氢内燃机为什么这是一个遥远的梦想

  • 2021-11-25 17:25:43
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即将转向替代动力系统的趋势现在一目了然。随着依赖化石燃料的 ICE 发动机的时代即将结束,大多数汽车制造商已经涉足其中,并正在努力从 ICE 发动机转向锂离子电池。然而,虽然电动汽车制造商的海洋正在被填满,但一些公司正在转向其他形式的能源,例如氢作为内燃机汽车的燃料。

在此之前,我们已经看到了一些氢燃料电池电动汽车 (FCEV)——无论是概念还是生产形式。然而,大约十年来,尽管进行了多次尝试,但没有一家汽车制造商能够将 FCEV 推向主流聚光灯,因此,它们仍然很少见。目前,生产的唯一 FCEV 是现代 Nexo 跨界车和丰田 Mirai。这是在本田最近决定拔掉其 Clarity FCEV 的插头之后。现代汽车和丰田汽车的氢动力发动机都使用氢为燃料电池提供动力,燃料电池通过化学反应将能量转化为电能,并为电动机提供动力以推动车辆。

与 ICE 相比,FCEV 是否有益?

该过程相当复杂且昂贵。然而,现在丰田提出了一种更直接的解决方案,即以氢为动力的内燃机形式。对于 FCEV,需要考虑许多方面。例如,车辆携带氢气罐、燃料电池和电动机都结合成一个有凝聚力的单元。该系统还使用铂,一种非常昂贵的稀有成分,用于燃料电池中的氧还原反应。

氢 ICE 本质上是一种转换为使用 H2 运行的传统内燃机。另外一点是,这些现有的发动机可以通过改变某些组件(例如燃料输送系统和火花塞)来转换为使用氢气而不是汽油或柴油,这意味着汽车制造商有一个经过时间考验的成熟基础来构建和改进以进一步适应氢应用,而无需对电动动力系统进行大量投资。

使用氢气的主要目的是将汽车变成超低排放汽车。随着氢气的燃烧,车辆大部分只会排放水蒸气。它之所以不是零排放应用,是因为发动机油的燃烧也会排放微量的二氧化碳 (CO2),而 H2 ICE 中的燃烧过程会导致氮氧化物的排放(氮氧化物)。虽然这些排放量明显低于汽油/柴油车辆,但 FCEV 在这方面优于 H2 ICE,因为它们是真正的零排放车辆。

与传统动力 ICE 相比,氢 ICE 仅提供 20-25% 的效率,功率输出因氢/空气混合物的能量密度而异,而且氢 ICE 也容易发生爆震,这也会对发动机的耐用性产生负面影响作为燃油效率。然而,最后一个问题可以在废气再循环系统的帮助下解决。

然后是氢燃料本身的清洁度。目前,制造氢气的过程主要涉及化石燃料的使用,这对二氧化碳排放的贡献很大。这是一种适得其反的解决方案,而理想和最清洁的替代品——绿色氢(通过利用可再生资源生产)要贵得多,每公斤成本在 3.5 美元到 6 美元之间。在本十年结束之前,绿色氢的价格不太可能出现任何显着下降。在此之前,以任何其他形式的氢气运行氢燃料汽车实际上可能比运行化石燃料汽车对环境更糟糕。

然后是氢燃料基础设施本身。虽然世界各地几乎每天都在建立电池电动汽车的充电站,但主要国家的氢燃料站屈指可数,这意味着氢汽车的移动受到极大限制。建立一个加氢站的成本——据说根据加氢站的类型在 200 万美元到 320 万美元之间——在大多数市场上都高得令人望而却步,而且几乎没有任何氢燃料汽车在售,投资一个并不能使在这一点上有很多商业意义。

更复杂的是,加满氢气车只需要几分钟,在加油站仍然需要等待——等待多达 20 分钟,因为储罐中需要有足够的压力才能能够向汽车的油箱供应氢气,否则无法完全加满。在大规模采用的情况下,车站的队列将是蛇形的,并不是每个司机都有空闲时间。

安全性也仍然是储氢设施关注的一个领域。过去在挪威和韩国的加氢和储存设施发生的高强度爆炸引发了人们对氢气(高度易燃)大规模吸收的安全性的质疑,也导致居民团体反对建立新的加氢站附近的车站和生产设施。

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