氫燃料飛機(jī)的案例
氫燃料電推進(jìn)技術(shù)或?qū)⒅匦露x支線飛行
據(jù)HES創(chuàng)始人塔拉斯·范科維茨（Taras Wankewycz）介紹，據(jù)如果采用壓縮氣態(tài)氫作為燃料，足以攜帶4名乘客飛行5個(gè)小時(shí)，航程達(dá)到500公里，如果使用液態(tài)氫作為燃料，有可能將續(xù)航時(shí)間增加到15-20小時(shí)，航程可達(dá)到5000公里。
二、模塊化、可快速更換的推進(jìn)系統(tǒng)提高飛機(jī)運(yùn)營(yíng)效率
在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)，氫燃料電池是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。寶馬公司在21世紀(jì)初開(kāi)發(fā)了一種液氫燃料汽車(chē)，但遇見(jiàn)了氫燃料長(zhǎng)期儲(chǔ)存和蒸發(fā)損失的問(wèn)題。為了避免遇見(jiàn)類(lèi)似的問(wèn)題，HES能源系統(tǒng)公司提出了可更換推進(jìn)系統(tǒng)模塊概念，并結(jié)合自動(dòng)燃料填充技術(shù)，最大限度地縮短氫燃料制備和消耗之間的時(shí)間。
按照設(shè)計(jì)，推進(jìn)模塊（存儲(chǔ)箱、燃料電池和控制裝置）安裝在機(jī)翼下方電動(dòng)機(jī)的后部。在飛機(jī)降落后，自動(dòng)地面車(chē)輛（AGV）將收集使用過(guò)的模塊并將其運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)氫制備設(shè)施處進(jìn)行再填充。與此同時(shí)，另一輛AGV將備用推進(jìn)模塊運(yùn)送到飛機(jī)處并重新安裝。
為耗盡的推進(jìn)模塊重新填充氫燃料，同時(shí)將準(zhǔn)備就緒的模塊運(yùn)送回飛機(jī)。
與大型鋰電池組充電過(guò)程相比，更換推進(jìn)模塊使飛機(jī)能夠更加快速地完成“加油”，HES研發(fā)的自動(dòng)電推進(jìn)模塊交換系統(tǒng)僅需10分鐘即可完成一次燃料更換，極大縮短元素一號(hào)再次起飛的等待時(shí)間。
三、可再生能源現(xiàn)場(chǎng)制氫實(shí)現(xiàn)零碳排放
在HES的設(shè)計(jì)概念中，氫燃料將在運(yùn)營(yíng)元素一號(hào)的小型機(jī)場(chǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)制備。
當(dāng)前，氫氣的生產(chǎn)制備大多來(lái)自于天然氣，而天然氣是一種化石燃料。在HES的商業(yè)模式中，現(xiàn)場(chǎng)制氫將由來(lái)自風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)或太陽(yáng)能公園的可再生能源提供動(dòng)力，真正實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)到消耗全過(guò)程的100％零碳排放。
HES正在與氫燃料發(fā)電公司合作，研究加速燃料重新填充和減少氫制備過(guò)程能量消耗的技術(shù)。當(dāng)前已經(jīng)有公司開(kāi)發(fā)出一種無(wú)需外部壓縮機(jī)即可制備壓縮氫氣的方法。
AGV從飛機(jī)上移除用過(guò)的推進(jìn)模塊以重新充能。
展開(kāi) 東京建設(shè)垃圾制氫廠 將廢水污泥轉(zhuǎn)化為氫燃料
蓋世汽車(chē)訊 據(jù)外媒報(bào)道，為了滿足日益增長(zhǎng)的可再生氫需求，同時(shí)為可持續(xù)處理垃圾提供新途徑，可再生氫系統(tǒng)制造商Ways2H Inc.等機(jī)構(gòu)在東京建成一座工廠，可將廢水污泥轉(zhuǎn)化為可再生氫燃料，用于氫動(dòng)力汽車(chē)和發(fā)電。
（圖片來(lái)源：greencarcongress）
該設(shè)施位于東京灣附近，每天可處理1噸干污泥，生產(chǎn)40-50公斤氫氣，足以為10輛乘用車(chē)提供燃料。目前，由戶(hù)田公司(TODA Corporation)牽頭的建設(shè)項(xiàng)目已經(jīng)完工，兩家公司計(jì)劃在2021年年中開(kāi)始擴(kuò)大運(yùn)營(yíng)。
除廢水、污泥外，該工廠還可處理塑料、紙張、城市固體垃圾和其他垃圾。將垃圾加熱至高溫，使其轉(zhuǎn)化為氣體，然后從中提取純氫。該設(shè)施通過(guò)閉環(huán)過(guò)程生產(chǎn)燃料。
該熱化學(xué)工藝可將廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可再生氫氣，其特色在于以氧化鋁球?yàn)榧訜彷d體。在熱解爐中，將氧化鋁球(熱載體)加熱至高溫，并使其與木屑和污水、污泥等生物質(zhì)材料接觸，從而產(chǎn)生含有氫、CO、CO2和甲烷的熱解氣體。
在重整區(qū)內(nèi)，熱解氣體在較高溫度下通過(guò)部分氧化與水蒸氣接觸，通過(guò)水蒸氣重整反應(yīng)生成富氫氣體。通過(guò)混合熱載體和原料，可以避免反應(yīng)爐內(nèi)熱量不均勻。該公司表示，這可以防止產(chǎn)生焦油，有助于解決傳統(tǒng)氣化廠出現(xiàn)的設(shè)備堵塞等問(wèn)題。
-END-
展開(kāi) 氫燃料電池雙極板材料工藝分析
在模擬燃料電池環(huán)境下在中執(zhí)行動(dòng)作電位測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，涂層陽(yáng)極板的性能明顯優(yōu)于未涂層陽(yáng)極板的性能。是實(shí)驗(yàn)證。事實(shí)上，聚苯胺薄膜是防止腐蝕環(huán)境內(nèi)滲的有效屏障。
鈦雙極表面沉積了Ni-P /TiN/PTFE涂層。模擬燃料電池環(huán)境下恒電位極化5小時(shí)變形的雙極板腐蝕電流密度為0.48 a/cm2 [腐蝕電位-0.16伏(vs.she)]，接觸角和接觸電阻分別為112.4和5.2米 cm2。聚合物改造的陽(yáng)極板的耐蝕性都有所提高，可以做到。雖然足以滿足美國(guó)能源部的要求，但機(jī)械性能和實(shí)際工作環(huán)境中的耐久性仍有待考察。
通過(guò)上述研究，可以通過(guò)表面涂層及表面合金化等表面改性手段提高不銹鋼的耐蝕性，減少表面接觸阻力，使不銹鋼陽(yáng)極板滿足燃料電池的應(yīng)用。
隨著燃料電池技術(shù)的成熟，其應(yīng)用領(lǐng)域不再局限于宇宙、國(guó)防等，而是逐漸向汽車(chē)、家庭移動(dòng)、擴(kuò)大小型發(fā)電站等民間領(lǐng)域。為了與鋰、超級(jí)電容器等儲(chǔ)能技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)，必須減少燃料電池的成本。
對(duì)于不銹鋼雙極板的表面改性技術(shù)，如何在保證不銹鋼性能的同時(shí)控制制造工藝？波恩、規(guī)?；?、大規(guī)模生產(chǎn)將成為未來(lái)的主要發(fā)展方向。
表面涂層技術(shù)對(duì)設(shè)備要求很高。特別是表面電鍍貴金屬層的成本太高，難以滿足大容量、低成本。本不銹鋼陽(yáng)極板的表面?zhèn)€性表面合金化是一種合金元素，與表面涂層技術(shù)相比，設(shè)備要求低，可用。選擇范圍廣，能更好地控制成本，便于大規(guī)模生產(chǎn)。此外，表面合金變質(zhì)層和襯底冶金黃金組合沒(méi)有涂層脫落的危險(xiǎn)，壽命更長(zhǎng)。因此，表面合金化技術(shù)有望成為燃料電池不銹鋼鋼雙極板表面改性的有效方法。
（三）結(jié)論和展望
無(wú)涂層石墨、金屬和復(fù)合雙極板的制造工藝成熟，但仍然復(fù)雜、昂貴且穩(wěn)定性不好的問(wèn)題。
目前，最有可能在商業(yè)上推廣的是多層氮鉻化合物電鍍和導(dǎo)電碳膜陽(yáng)極板。聚合物涂層陽(yáng)極板雖然表現(xiàn)出來(lái)。雖然耐蝕性和導(dǎo)電性高，但力學(xué)性能不好，無(wú)法承受燃料電池堆疊組裝帶來(lái)的磨損。
展開(kāi) 氫燃料電池車(chē)用氫氣傳感器
在氫燃料電池汽車(chē)中成本占比不高，但卻發(fā)揮著重要作用的元器件，它就是傳感器。
氫燃料電池車(chē)用傳感器主要有氫氣傳感器、壓力傳感器及溫度傳感器等，每種類(lèi)型的傳感器作用不同，技術(shù)難度有差異。目前國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車(chē)所用氫氣傳感器和壓力傳感器主要采用進(jìn)口產(chǎn)品，氫氣傳感器以日本Figaro為主，壓力傳感器則以瑞士Huba Control、美國(guó)Sensata為主，溫度傳感器國(guó)內(nèi)產(chǎn)品市場(chǎng)占比相對(duì)較高。
造成氫燃料電池車(chē)用傳感器市場(chǎng)高度依賴(lài)進(jìn)口的原因有很多，最關(guān)鍵的因素在于市場(chǎng)需求偏小，企業(yè)缺乏研發(fā)動(dòng)力，已開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品測(cè)試又不夠。不過(guò)，隨著國(guó)內(nèi)氫燃料電池汽車(chē)規(guī)模的擴(kuò)大，部分國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)始嗅到商機(jī)，專(zhuān)門(mén)立項(xiàng)以加快氫燃料電池車(chē)用傳感器研發(fā)步伐。
作為應(yīng)用方的氫燃料電池系統(tǒng)企業(yè)表示：“國(guó)產(chǎn)傳感器機(jī)會(huì)非常大。只是車(chē)用傳感器需要在工程化方面做好匹配，建議傳感器廠商更多地去了解使用方的需求，更多地了解汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)的要求。國(guó)內(nèi)只要做出來(lái)的產(chǎn)品通過(guò)測(cè)試，就會(huì)有很有競(jìng)爭(zhēng)力，比如國(guó)產(chǎn)壓力傳感器價(jià)格不到進(jìn)口一半?！?下面主要為大家介紹氫燃料電池汽車(chē)氫氣傳感器
氫氣傳感器包括敏感探頭、電路板、外部殼體以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)組件；傳感器與外部的接口主要為通訊接口，這些子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起構(gòu)成了一個(gè)氫氣傳感器零部件。
裝載氫氣傳感器，首要作用是為了保障氫燃料電池汽車(chē)運(yùn)行安全。眾所周知，氫氣是易燃易爆氣體，對(duì)于氫燃料電池汽車(chē)而言，氫氣傳感器可檢測(cè)到氫氣濃度超過(guò)安全范圍時(shí)，給整車(chē)及時(shí)輸入報(bào)警信號(hào)，整車(chē)系統(tǒng)會(huì)立刻做出相應(yīng)的斷電安全保護(hù)措施，以防止發(fā)生安全事故。
此外，氫氣傳感器不僅能用于監(jiān)測(cè)氣罐和電堆端氫氣的泄露，還能用于檢測(cè)排放尾氣中的氫氣濃度。氫燃料電池汽車(chē)也就能根據(jù)這些監(jiān)測(cè)的信息來(lái)實(shí)時(shí)分析電堆的性能和反應(yīng)程度，從而及時(shí)調(diào)整相關(guān)輸入指標(biāo)或數(shù)據(jù)配置來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的安全、高效運(yùn)行。
展開(kāi) 
氫能與氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈概述
氫能與氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈概述
氫氣傳感器在氫燃料電池系統(tǒng)中的應(yīng)用
大氣污染的一大來(lái)源是燃油汽車(chē)的尾氣，為了減少污染，科學(xué)家們研發(fā)出了氫燃料電池車(chē)。氫燃料電池車(chē)與傳統(tǒng)燃油汽車(chē)相比有三大優(yōu)勢(shì)：
1、無(wú)污染，燃料電池只會(huì)產(chǎn)生水和熱。如果氫是通過(guò)可再生能源產(chǎn)生的（光伏電池板、風(fēng)能發(fā)電等），整個(gè)循環(huán)就是徹底的不產(chǎn)生有害物質(zhì)排放的過(guò)程。
2、無(wú)噪聲，氫燃料電池運(yùn)行安靜，噪聲大約只有55dB，相當(dāng)于人們正常交談的水平。這使得燃料電池適合于室內(nèi)安裝，或是在室外對(duì)噪聲有限制的地方。
3、高效率，氫燃料電池的發(fā)電效率可以達(dá)到50%以上，這是由燃料電池的轉(zhuǎn)換性質(zhì)決定的，直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，不需要經(jīng)過(guò)熱能和機(jī)械能（發(fā)電機(jī)）的中間變換。
盡管氫燃料電池車(chē)好處多多，但也還有許多需要解決的問(wèn)題，否則很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都是無(wú)法取代傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的。比如氫燃料電池的能量來(lái)源--氫氣，氫氣是一種常態(tài)下是一種極易燃燒的氣體，爆炸下限也很低，同時(shí)氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，在同等條件下（溫度,壓強(qiáng)），氫氣熱運(yùn)動(dòng)的速度更快，更容易從容器的縫隙中逃逸。也就是說(shuō)儲(chǔ)存氫氣的容器密封性稍微差一些就極易發(fā)生氫氣泄露，氫氣泄露不僅僅是使得燃料電池系統(tǒng)的性能下降，更可怕的是可能引發(fā)爆炸以及火災(zāi)，會(huì)嚴(yán)重威脅到我們的生命財(cái)產(chǎn)安全。
既然氫氣爆炸這么危險(xiǎn)，那有沒(méi)有辦法在氫氣泄漏前期，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未達(dá)到爆炸下限之前發(fā)現(xiàn)它，提前采取措施最大限度保證我們的生命財(cái)產(chǎn)安全呢？氫氣又是無(wú)色無(wú)味難容于水的氣體，一般情況下人們是無(wú)法直接發(fā)現(xiàn)氫氣泄露的，這就需要采取其他的手段去檢測(cè)了。在這里深圳市新世聯(lián)科技有限公司推薦一款適用于氫氣泄露檢測(cè)的傳感器TGS2615-E00。TGS2615-E00是日本FIGARO研發(fā)的半導(dǎo)體原理傳感器，響應(yīng)快速、功耗低、體積小，TGS2615-E00 為了消除酒精等干擾氣體的影響而設(shè)置了過(guò)濾層，顯示出對(duì)氫氣極高選擇性的靈敏度特性。
展開(kāi) 氫燃料汽車(chē)采用碳化硅？還獲批量訂單
歐洲一家汽車(chē)企業(yè)的答案是——造一輛
氫燃料超跑
，而且或?qū)⒉捎? 碳化硅逆變器
。
瑞士車(chē)企造氫燃料汽車(chē)
逆變器采用碳化硅技術(shù)
3月2日，據(jù)國(guó)外汽車(chē)媒體報(bào)道，瑞士電動(dòng)汽車(chē)初創(chuàng)企業(yè) Kincsem宣布，即將推出的混合動(dòng)力車(chē)型
Kincsem Hyper-GT
，這是一款使用
氫燃料技術(shù)
的超級(jí)跑車(chē)，其定價(jià)將挑戰(zhàn)即將面世的
法拉利
Purosangue SUV（估計(jì)190萬(wàn)人民幣）。
這款車(chē)型有幾個(gè)重要的技術(shù)突破。
一方面，Kincsem Hyper-GT放棄了V12 發(fā)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)而采用
更小的多缸發(fā)動(dòng)機(jī)
裝置，該裝置采用氫燃料。
為了解決氫燃料在車(chē)上的儲(chǔ)存問(wèn)題，Kincsem 與 Plasma Kinetics的公司合作開(kāi)發(fā)一種新系統(tǒng)，不同于常見(jiàn)的存氫系統(tǒng)，它可以在大氣壓下將氫氣儲(chǔ)存在汽車(chē)中。與電池汽車(chē)相比，這個(gè)新的儲(chǔ)氫系統(tǒng)
成本降低20%
，重量降低30%以上。
另一方面，Kincsem Hyper-GT或?qū)⒉捎? 碳化硅逆變器技術(shù)
。據(jù)悉，邁凱倫應(yīng)用負(fù)責(zé)為這款新車(chē)打造電動(dòng)機(jī)和逆變器——包括：四個(gè)電動(dòng)機(jī)，每個(gè)車(chē)輪一個(gè)電機(jī)外加逆變器，總功率“超過(guò) 500kW”，即 670bhp。
據(jù)專(zhuān)家介紹，氫能源汽車(chē)必須采用碳化硅逆變器，因?yàn)槠潆姍C(jī)的額定轉(zhuǎn)速通常在每分鐘9-12萬(wàn)轉(zhuǎn)，這種轉(zhuǎn)速對(duì)傳統(tǒng)
硅基功率器件
來(lái)說(shuō)是個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，而碳化硅技術(shù)能夠很好地解決這個(gè)難題。
而邁凱倫也
剛剛發(fā)布了一款新的 800V 碳化硅逆變器，可為高達(dá) 469bhp 的 EV 電機(jī)提供動(dòng)力。
展開(kāi) 清潔能源 | 如何利用仿真技術(shù)應(yīng)對(duì)氫燃料挑戰(zhàn)
氨/氫基無(wú)碳燃?xì)廨啓C(jī)燃燒的激光診斷測(cè)量和數(shù)值仿真。
詳細(xì)表征先進(jìn)軸向燃料分級(jí)燃燒系統(tǒng)中，橫向反應(yīng)射流的自激勵(lì)動(dòng)力學(xué)所產(chǎn)生的拓?fù)涮卣鳌?氫燃料及氫混合燃料的Ansys仿真方法
過(guò)去的燃燒模型和最佳實(shí)踐，大多是多年來(lái)基于碳氫化合物燃料發(fā)展而來(lái)的，并且有大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為支撐。不過(guò)，這些模型和最佳實(shí)踐還需要基于氫燃料和氫混合燃料進(jìn)行研究驗(yàn)證。Ansys CFD團(tuán)隊(duì)一直在評(píng)估不同的燃燒建模方法。他們正在開(kāi)發(fā)新模型和最佳實(shí)踐，以對(duì)基于氫燃料和氫混合燃料的反應(yīng)流系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其中一些相關(guān)研究，過(guò)去幾年已在公開(kāi)文獻(xiàn)上發(fā)表。有興趣的讀者可以參閱文末參考資料部分提到的博客和論文。
韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院攜手Ansys預(yù)測(cè)火焰特征
韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院研究小組在Kim教授的領(lǐng)導(dǎo)下，與Ansys合作，使用韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院燃燒動(dòng)力學(xué)與診斷實(shí)驗(yàn)室生成的高質(zhì)量氫及氫混合測(cè)試數(shù)據(jù)，制定CFD建模方法以預(yù)測(cè)火焰特征，并根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。這些工作，將幫助研究界獲得有關(guān)燃燒系統(tǒng)的更多詳細(xì)信息，并設(shè)計(jì)更高效的未來(lái)系統(tǒng)。從實(shí)驗(yàn)測(cè)試和仿真角度看，我們可以輕松將衍生模型和最佳實(shí)踐部署到復(fù)雜的工業(yè)案例中。
以下是從本次合作中獲得的一些示例結(jié)果。此外，我們之后還將發(fā)布有關(guān)所用方法及驗(yàn)證工作的更多詳情。通過(guò)與頂尖研究人員合作，Ansys正在助力推動(dòng)氫燃料的最新發(fā)展。敬請(qǐng)?jiān)L問(wèn)Ansys系列氫能源網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)中，詳細(xì)了解氫生產(chǎn)、存儲(chǔ)/運(yùn)輸以及應(yīng)用的整個(gè)氫能源價(jià)值鏈的主題內(nèi)容。
參考資料
1.
展開(kāi) 氫燃料電池車(chē)能否笑到最后
北汽集團(tuán)在氫能源開(kāi)發(fā)的過(guò)程中堅(jiān)持“自主創(chuàng)新+協(xié)同創(chuàng)新+以點(diǎn)多面”的方式，目前已順利交付超過(guò)150輛氫燃料電池客車(chē)。
此外，長(zhǎng)城汽車(chē)作為首家進(jìn)入國(guó)際氫能委員會(huì)的中國(guó)汽車(chē)企業(yè)，它的氫能技術(shù)中心已在今年建成并投入使用，并已具備FCEV所有核心部件的測(cè)試、試制，以及整車(chē)集成與測(cè)試能力。目前，北汽集團(tuán)、液化空氣、長(zhǎng)城汽車(chē)、巴拉德等企業(yè)在探索的過(guò)程中均取得了一定的成績(jī)。
“目前，我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)剛剛起步，和其他產(chǎn)業(yè)一樣，在發(fā)展壯大的過(guò)程中不可避免的會(huì)遇到一些問(wèn)題?！敝袊?guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)理事長(zhǎng)陳清泰表示，“隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和氫能系統(tǒng)技術(shù)的全面進(jìn)展，隨著國(guó)家對(duì)氫能產(chǎn)業(yè)的加強(qiáng)重視和企業(yè)的自我提升，我國(guó)的氫能產(chǎn)業(yè)將逐步走上規(guī)范發(fā)展的快車(chē)道?！?采用充電電池的電動(dòng)車(chē)和采用加氫燃料電池車(chē)相比，誰(shuí)會(huì)笑到最后?目前，多數(shù)跨國(guó)車(chē)企都在電動(dòng)車(chē)和燃料電池領(lǐng)域雙管齊下。
事實(shí)上，燃料電池車(chē)這一看似科幻意味十足的產(chǎn)品，在技術(shù)先進(jìn)性、便捷性、耐久性等方面都有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。緊跟技術(shù)趨勢(shì)，甚至由自己來(lái)開(kāi)拓前瞻技術(shù)，將是中國(guó)發(fā)展氫燃料電池汽車(chē)的目標(biāo)。
展開(kāi) 氫燃料電池汽車(chē)上檢測(cè)氫氣的傳感器介紹
氫燃料電池指的是氫通過(guò)與氧的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電能的裝置（單純依靠燃燒氫來(lái)驅(qū)動(dòng)的“氫內(nèi)燃機(jī)”，也曾出現(xiàn)過(guò)，比如寶馬的氫能7系）。氫燃料電池車(chē)的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自于車(chē)上的電動(dòng)機(jī)就像純電動(dòng)車(chē)一樣，因此氫燃料電池車(chē)可以理解為一輛“自帶氫燃料發(fā)電機(jī)的電動(dòng)車(chē)”。
什么是終極清潔能源汽車(chē)？
現(xiàn)下我們對(duì)新能源汽車(chē)已經(jīng)不再陌生，以豐田普銳斯為代表的油電混合動(dòng)力車(chē)，以比亞迪秦為代表的插電式混合動(dòng)力車(chē)，以 BMW i3 為代表的增程式電動(dòng)車(chē)，還有以尼桑聆風(fēng) LEAF、特斯拉為代表的充電式純電動(dòng)車(chē)都在不斷滲透進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)。但新能源汽車(chē)可不止以上四類(lèi)，比如氫燃料電池電動(dòng)車(chē)、甲醇汽車(chē)。
以氫燃料電池電動(dòng)車(chē)為例，國(guó)外技術(shù)已相當(dāng)成熟，它是一種使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，以氫燃料經(jīng)電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的電能為動(dòng)力源的新能源汽車(chē)。由于化學(xué)反應(yīng)后只生成水，排放接近于零，對(duì)比鋰電池類(lèi)新能源汽車(chē)，消費(fèi)者沒(méi)有續(xù)航焦慮問(wèn)題，無(wú)需改變使用習(xí)慣，加氫過(guò)程只需 5 分鐘，長(zhǎng)期使用后也沒(méi)有大容量電池報(bào)廢后帶來(lái)的污染問(wèn)題，因此被稱(chēng)為終極清潔能源汽車(chē)。
我國(guó)將在氫燃料電池汽車(chē)布局上面拉近與國(guó)外的差距？
在討論差距之前，我們先來(lái)了解一下歷史。如果說(shuō)電動(dòng)汽車(chē)的歷史可以追溯至 1834 年 Thomas Davenport 在美國(guó)制造出第一輛直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)車(chē)的話，燃料電池汽車(chē)歷史也是相當(dāng)悠久的。1838 年，德國(guó)化學(xué)家克里斯提安·弗里德里希·尚班提出了燃料電池原理，20 世紀(jì) 60 年代，首次應(yīng)用在美國(guó)航空航天管理局的阿波羅登月飛船上，但受到技術(shù)與成本的限制，發(fā)展速度緩慢，一直停留在演示階段。
直到 2014 年，燃料電池技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在以豐田等日本公司的大力推進(jìn)下，部分燃料電池汽車(chē)已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，比如豐田 Mirai（4 座，續(xù)航里程 500 公里）。
展開(kāi) 世界上最大的氫燃料電池飛艇正在建造中
作者：Fabienne Lang
2021年2月26日
LTA Research and Exploration（這是謝爾蓋·布林飛艇公司的全稱(chēng)，下文簡(jiǎn)稱(chēng)LTA公司）網(wǎng)站上的一份工作清單解釋了該公司如何尋找一名氫動(dòng)力經(jīng)理來(lái)設(shè)計(jì)“氫燃料電池推進(jìn)系統(tǒng)，通過(guò)配置1.5MW飛艇推進(jìn)系統(tǒng)”
看起來(lái)謝爾蓋·布林的飛艇公司正計(jì)劃打破氫燃料電池的記錄，同時(shí)提供巨大的救災(zāi)飛艇。布林是谷歌的創(chuàng)始人之一，
他希望通過(guò)能夠以環(huán)保的方式穿越海洋的飛艇來(lái)徹底改變運(yùn)輸方式，在需要時(shí)運(yùn)送乘客和救災(zāi)。
據(jù)TechCrunch報(bào)道，到目前為止，能夠飛行的最大氫燃料電池是一個(gè)0.25兆瓦的系統(tǒng)，它被ZeroAvia客機(jī)采用。
ZeroAvia概念圖
LTA公司的氫燃料電池飛艇
因此，LTA在創(chuàng)建1.5兆瓦的飛行系統(tǒng)之前有幾個(gè)障礙需要跨越。然而，這條路是正確的。該公司的第一個(gè)原型，探路者1號(hào)，將有可能在今年晚些時(shí)候升空。該飛艇共有12個(gè)電機(jī)，每臺(tái)飛艇最多可以運(yùn)送14名乘客。
德國(guó)航空航天中心（DLR）的Josef Kallo博士指出，利用氫氣為飛艇提供動(dòng)力是很有意義的，該中心還正在開(kāi)發(fā)一種1.5兆瓦的燃料電池，為載客60人的飛機(jī)提供動(dòng)力。
卡爾洛解釋說(shuō)，飛艇將使燃料電池的效率更高。
LTA未來(lái)的氫燃料電池將由第三方提供，如其工作說(shuō)明所述。
LTA對(duì)其飛艇的設(shè)想是“補(bǔ)充甚至加快人道主義救災(zāi)和救援工作，特別是在偏遠(yuǎn)地區(qū)，由于基礎(chǔ)設(shè)施有限或遭到破壞，飛機(jī)和船只很難進(jìn)入這些地區(qū)。”
由于飛艇不需要像飛機(jī)和船只那樣的著陸帶或?？扛?，它們可以更容易地在沒(méi)有此類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)或這些基礎(chǔ)設(shè)施被摧毀的地區(qū)提供援助。
除此之外，該公司的飛艇將實(shí)現(xiàn)零排放，大大減少航空業(yè)的碳足跡。
展開(kāi) 
“雙碳”目標(biāo)下，氫燃料電池汽車(chē)步入快車(chē)道
氫燃料電池汽車(chē)作為氫能利用的重要方式，近年來(lái)發(fā)展迅速。在即將到來(lái)的北京冬奧會(huì)期間，張家口賽區(qū)共將投入625輛氫燃料電池車(chē)，為賽事提供交通運(yùn)輸服務(wù)保障。
氫燃料電池與鋰電池相比，具有哪些優(yōu)勢(shì)？
——續(xù)航更久、更環(huán)保，在固定路線、中長(zhǎng)途及高載重場(chǎng)景下更有優(yōu)勢(shì)
更環(huán)保
“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，氫能源得到更多關(guān)注。國(guó)際氫能委員會(huì)預(yù)測(cè)，到2050年，全球氫能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造3000萬(wàn)個(gè)工作崗位，減少60億噸二氧化碳排放，創(chuàng)造2.5萬(wàn)億美元的市場(chǎng)規(guī)模，并在全球能源消費(fèi)占比達(dá)到18%。
氫燃料電池汽車(chē)是目前交通領(lǐng)域利用氫能的重要方式，以氫氣為燃料，通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、零排放等特點(diǎn)。中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)助理兼技術(shù)部部長(zhǎng)王耀對(duì)記者表示，與鋰電池電動(dòng)車(chē)相比，氫燃料電池汽車(chē)?yán)m(xù)航足、加氫快、綠色環(huán)保。
“鋰電池自身并不能發(fā)電，屬于二次電池。而氫燃料可以直接作為汽車(chē)動(dòng)力來(lái)源，且加氫方便快速，平均5-8分鐘就能加滿?！蓖跻榻B，氫燃料電池的能量消耗、碳排放比鋰電池更環(huán)保，不僅沒(méi)有氮氧化物等有害氣體，甚至不會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。此外，氫能源最大的優(yōu)勢(shì)就是可再生。除了工業(yè)副產(chǎn)品制氫外，還可通過(guò)煤制氫以及利用光伏、風(fēng)電等可再生能源電解水制氫。
續(xù)航更久
隆冬時(shí)節(jié)，400多輛氫燃料電池公交車(chē)已在張家口忙碌地運(yùn)行著。據(jù)悉，這批氫燃料電池公交車(chē)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)零下30攝氏度極寒環(huán)境下的儲(chǔ)存和冷機(jī)啟動(dòng)以及開(kāi)啟暖風(fēng)空調(diào)場(chǎng)景下300-450公里的長(zhǎng)續(xù)駛里程。北京冬奧會(huì)期間，更多氫燃料電池車(chē)將為張家口賽區(qū)提供交通運(yùn)輸服務(wù)保障，助力綠色冬奧。
對(duì)于消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，最直觀的感受就是續(xù)航更久了?！?em>氫的能量密度更高，在超高能量密度的支持下，氫燃料電池車(chē)輛的續(xù)航里程很容易就達(dá)到或者超過(guò)現(xiàn)有燃油汽車(chē)。
展開(kāi) 氫燃料生產(chǎn)技術(shù)獲突破 革新汽車(chē)行業(yè)
據(jù)外媒報(bào)道，最近有一項(xiàng)氫燃料生產(chǎn)技術(shù)得到了突破，可能會(huì)推動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展。兩個(gè)高等學(xué)府聯(lián)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了氫燃料生產(chǎn)創(chuàng)新突破，該技術(shù)在幫助減少人類(lèi)對(duì)碳基燃料的依賴(lài)起關(guān)鍵作用。
與之前生產(chǎn)方法不同，此次氫燃料生產(chǎn)創(chuàng)新并不涉及太陽(yáng)能。事實(shí)上，研究人員主要依賴(lài)破譯化學(xué)機(jī)制，可讓光化學(xué)過(guò)程更有效。該生產(chǎn)方法由以色列理工學(xué)院（The Technion Israel Institute of Technology）和內(nèi)蓋夫本古里安大學(xué)（BGU）研究人員共同研發(fā)。
盡管此前英國(guó)艾克塞特大學(xué)（the University of Exeter）使用了鑭氧化鐵作為解決方案，此次兩所大學(xué)的研究人員提出更全面的方法，希望揭開(kāi)太陽(yáng)能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。因此，研究人員將發(fā)電與太陽(yáng)能聯(lián)系起來(lái)，與依賴(lài)人力和貴金屬發(fā)電的方法相反。光電化學(xué)（PEC）水分解方法通過(guò)產(chǎn)生氫將輻射太陽(yáng)能存儲(chǔ)在化學(xué)鍵中。
在2017年，國(guó)際汽車(chē)制造商豐田（Toyota）想建造一個(gè)完全可再生工廠，殼牌公司在獲得加利福尼亞州資助的情況下也與其一起建造該工廠，并且豐田Mirai 就是最早的氫燃料汽車(chē)之一。豐田宣傳氫燃料優(yōu)勢(shì)很多：1. 二氧化碳零排放（只排放水）；2. 符合加州（高承載車(chē)輛）車(chē)道要求；3. 加氫只需5分鐘；4. 標(biāo)配價(jià)值15,000美元的3年免費(fèi)燃料。
目前，汽車(chē)制造商們正尋求研發(fā)高效且環(huán)保的氫動(dòng)力汽車(chē)，與電動(dòng)汽車(chē)不同，氫動(dòng)力汽車(chē)加氫速度更快且續(xù)航里程更長(zhǎng)。
展開(kāi) Chemkin模擬HFC-125對(duì)碳氫燃料燃燒抑制的影響
對(duì)于碳氫火焰燃燒采用AramcoMech的 C1-C4 機(jī)理，包含 111 個(gè)組分，784 步基元反應(yīng)。涉及到氟組分在碳氫火焰中的抑制反應(yīng)采用 NIST HFC 機(jī)理，包含 51個(gè)組分600步基元反應(yīng)。關(guān)于碳與氯相互作用的反應(yīng)采用 Leylegian 等人發(fā)展的機(jī)理包含50個(gè)組分,333 步反應(yīng)。
圖1 部分機(jī)理內(nèi)容
2 模型參數(shù)設(shè)置
本案例采用自燃模型計(jì)算，分別計(jì)算了抑制劑在10%、15%、20%的條件下的抑制燃燒情況。往期已介紹過(guò)自燃模型，因此此次案例的基本設(shè)置不再贅述。需要額外設(shè)置的是反應(yīng)物質(zhì)中的添加物，分別設(shè)置為10%、15%、20%。
圖2添加劑設(shè)置
同時(shí)為了計(jì)算抑制劑對(duì)燃燒過(guò)程中的影響，對(duì)抑制劑的敏感性和反應(yīng)路徑進(jìn)行勾選，分別計(jì)算。
圖3敏感性設(shè)置
3 結(jié)果分析
根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以計(jì)算出不同氛圍條件下抑制劑對(duì)溫度和壓力的影響，如圖4所示。隨著抑制劑濃度的增加，反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)器的溫度和壓力呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)。從溫度梯度和壓力梯度來(lái)看，抑制劑對(duì)燃燒點(diǎn)火延遲也有著明顯影響，尤其是抑制劑濃度達(dá)到20%，點(diǎn)火延遲明顯增大
圖4不同抑制劑含量對(duì)燃燒溫度和壓力的影響
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展開(kāi) 氫燃料電池汽車(chē)邁開(kāi)商業(yè)化步伐
“燃油車(chē)、純電動(dòng)與油電混合動(dòng)力、燃料電池車(chē)將是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)近、中、遠(yuǎn)期的變革步伐?！睍r(shí)任福特汽車(chē)CEO艾倫·穆拉利此前表示。
如今，作為終極解決方案的氫燃料電池車(chē)已在商業(yè)化的道路上邁開(kāi)了腳步，豐田、本田、現(xiàn)代、奔馳都推出了量產(chǎn)的氫燃料乘用車(chē)，并積極布局基礎(chǔ)設(shè)施。
這對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，是否又將意味著新一輪的追趕？
氫燃料電池乘用車(chē)媲美燃油車(chē)
今年法蘭克福車(chē)展上，奔馳發(fā)布了首款量產(chǎn)氫燃料電池汽車(chē)——GLCF-CELL，并將于明年上市。這是繼豐田、本田、現(xiàn)代之后，又一家國(guó)際汽車(chē)公司拿出氫燃料乘用車(chē)的量產(chǎn)車(chē)型，其性能及使用方法已可媲美燃油車(chē)，僅待加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的“東風(fēng)”。
“GLCF-CELL的氫燃料電池體積縮小了30%，與傳統(tǒng)動(dòng)力的GLC發(fā)動(dòng)機(jī)大小無(wú)異?！北捡Y燃料電池系統(tǒng)開(kāi)發(fā)負(fù)責(zé)人Christian Mohrdieck表示，“所以生產(chǎn)氫燃料電池車(chē)并不需要專(zhuān)門(mén)的生產(chǎn)線，其可適應(yīng)目前奔馳的傳統(tǒng)動(dòng)力車(chē)型?！?GLCF-CELL的動(dòng)力提升了40%，功率達(dá)150千瓦，即203馬力，與現(xiàn)款燃油車(chē)型馬力相近。兩個(gè)共計(jì)4.5公斤的氫瓶?jī)H需3分鐘即可加滿，可實(shí)現(xiàn)437公里的續(xù)航里程，為現(xiàn)款燃油車(chē)一箱油的續(xù)航里程的一半左右。
值得注意的是，嚴(yán)重影響氫燃料電池成本的鉑金，在GLCF-CELL上用量減少了90%，且能夠?qū)崿F(xiàn)97%的鉑回收利用，由此降低了生產(chǎn)成本。
Mohrdieck表示，目前奔馳的氫燃料電池生產(chǎn)基地產(chǎn)能在四位數(shù)，未來(lái)當(dāng)氫燃料電池車(chē)的年銷(xiāo)量達(dá)10萬(wàn)輛時(shí)，其成本將與混合動(dòng)力產(chǎn)品齊平。
Mohrdieck還表示，奔馳設(shè)定氫燃料電池的使用壽命到期為衰減10%。
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