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氢能载具

以氢燃料作为动力的车辆、船舶、飞机等载具

氢能载具（英语：Hydrogen vehicle），或称氢燃料载具、氢动力载具，是使用氢燃料作为动力的载具。这类载具把氢的化学能转换为机械能，是通过燃烧的内燃机中的氢或通过在燃料电池中的氧与氢反应来运行电动机。使用氢为能源的最大好处是它能跟空气中的氧，产生水蒸气排出，有效减少了其他石油燃料载具造成的空气污染问题。广泛使用氢助长交通是在提议中的氢经济的一个关键因素。[1]

BMW Hydrogen 7
BMW 7系列|BMW Hydrogen 7的加氣口
Linde（英语：Linde AG）的液体氢气箱
2008年展示的氢能飞机。
2007年的氢能脚踏车。

氢内燃载具（HICEV）是以一般内燃机为基础改良而成，以内燃机燃烧氢气（通常透过分解甲烷或电解水取得）及空气中的氧产生动力，要实现并不困难，困难之处在于如何降低成本及达至安全，以及安全地解决氢气供应、储存的问题后才可以推出市场。而氢燃料电池载具（Fuel cell vehicle-FCEV）是使氢或含氢物质及空气中的氧通过燃料电池以产生电力，再以电力推动电动机，由电动机推动载具。

氢作为洁净能源有重要问题须要解决：

  1. 氢本身是温室气体，其温室效应作用是二氧化碳的11.6倍。在生产、储存、运输及使用氢时，难免会有泄漏，以现时同样作为气体燃料的甲烷为例，因泄漏而导致的温室效应占整体的25%，因此这是一个不可忽视的问题。
  2. 生产氢气有很多方法，但现时仍未有可俱商业规模、成本低且又环保的方法。
  3. 氢气的分子直径非常小，而且会使许多容器材料产生氢脆，很容易发生泄漏。
  4. 氢气发生氧化自燃的浓度范围为4～74％，燃烧时还会伴随剧烈的爆炸，因此作为车辆燃料存在很大的安全隐患，特别是出现车祸意外的时候。

氢燃料电池动力

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1960年代后期，Roger E. Billings制造了燃料电池的原型。

三个发展障碍

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马自达RX-8转子引擎氢能两用车

在燃料电池氢能车的发展主要有三个障碍：

  1. 氢的密度很低，就算燃料以液态形式储存在低温瓶或压缩气体瓶，在那些空间能够储存的能量十分有限，而氢能车比起其他汽车就十分受限。而氢气也不应该大量外溢到大气层中，不然可能会破坏臭氧层。有些研究已经用特别结晶体来储存氢在较高密度的环境中，而且更安全。另外一种方法是不储存氢分子，而使用氢重组器来从传统燃料如甲烷、汽油和乙醇，提取氢。从环保的角度来看可能并不合适，因为这依赖于化石燃料。可是，这是有效的重组程序，而且避免了储存及运送氢的难题。使用重组过的汽油或乙醇来推动燃料电池，不但几乎无空气污染问题，能量转换效率也比内燃机高（可有效减少二氧化碳排放）。
  2. 制造在氢能车提供电力可靠燃料电池，耗资颇高。科学家努力研究令燃料电池的成本尽量便宜，同时又有足够硬度以抵受撞击和震动这些车辆的基本问题。燃料电池的设计大都脆弱，故不能在那些情况下保存。加上很多设计都需要稀有物如铂作为催化剂，令工作更顺畅，而催化剂可能污染氢的纯净度，不利氢的提供。
  3. 氢可作为能量的携带者而非能源。它必须从化石燃料或其他能源提取，因此引起能量的流失（因为从其他能源到氢又回到能量的转换并非百分百有效）。

过去常被讨论的方案是发展新的核反应堆，提供高温及电能，电解高温水蒸气的效率较高；但是新的核反应堆必许满足“无核废料问题”及“不维持就停止反应”的基本条件。

加拿大 Solar Hydrogen Energy Corporation 公司于2004年展示直接从太阳和水，透过金属的催化剂，产生了氢的方法。这或能使从太阳能转成氢有一个便宜、直接、清洁的途径。[2]

氢内燃机动力

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本田FCX Clarity（英语：FCX Clarity）是氢燃料电池演示车, 2008

氢内燃车和氢燃料电池车不同。氢内燃车是传统汽油内燃机车的带小量改动的版本。氢内燃直接燃烧氢，不使用其他燃料或产生水蒸气排出。这些车的问题是氢燃料很快耗尽。载满氢气的储罐只能行驶数英里，很快便没能量。另一方面，各色各样的方法正在研究以减少耗用的空间，例如用液态氢或氢化物。

1807年Isaac de Rivas制造了首辆氢内燃车。可惜该设计甚不成功。BMW的氢内燃车有更多的力量，比氢燃料电池车更快。BMW的氢能车以三百公里每小时创下了氢能车的最高速记录。马自达已在开发烧氢的转子引擎。该转子引擎反复转动，故氢从开口在引擎内的不同部分燃烧，减少突然爆炸这个氢燃料活塞引擎的问题。

其他重要车辆生产商如通用汽车和DaimlerChrysler公司，投资在较慢较弱但较有效的氢燃料电池。

产业发展

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多间公司都有研发氢气车，资金有来自私人及政府，但福特汽车已经放弃，并将资源投放于纯电动车上[3]；雷诺-日产汽车在2009年宣布停止研发氢气车[4]；通用汽车公司在2009年10月宣布减少在氢气车的研发，原因是认为氢气车距实用化还有相当距离[5]。 2009年，日产在日本发起新FCV计划，之后在10月，日产、福特汽车、通用汽车、现代集团、丰田、戴姆勒、雷诺、起亚汽车发表联合声明，将研发燃料电池车，预计2015年完成。2011年，现代集团发表其Blue2燃料电池车(FCEV)，预计2014年推出。


2016年9月中国扬子江汽车集团实验生产线[6]制造一台常温常压氢能储存巴士泰歌号，该实验车已有部分商业运行能力，实验车采用化学吸收剂将液态氢吸收混和其中，之后再用催化剂还原释放，降低氢气的危性和运输成本，现有氢气储存有低温和高压储存两种，低温需耗费大量电能和高压钢瓶价格造成成本提高，低温储存和高压储存仍有安全上的疑虑。泰歌号实验车的技术是程寒松教授在千人计划中研发的“常温常压储氢技术”，[7]可以利用现有加油站和石油输送体系运输，减少氢燃料在氢经济的运送成本。

 
通用Sequel
  • BMW Hydrogen 7（英语：Hydrogen 7），使用氢与汽油两用内燃机，2007年限量生产上市 (使用氢燃料时最远行程为200km)。
  • 本田 FCX Clarity（英语：Honda FCX Clarity），使用氢燃料电池，2008年以德士辆推出，预计2018年正式大量生产。但2010年本田推出纯电动车。
  • 丰田Mirai，使用氢燃料电池，以2013年展出的FCV概念车为原型

量产原型车

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概念车

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争议

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对于以氢作为能源的其中一个批评是，克服技术及经济上的问题需时可能要数十年，与其将资源集中在发展氢能源，不如发展其他更易实现的方法。

2006年，记录片“谁消灭了电动车”中，前美国能源部主任Joe Romm说：氢能车辆是最低效率、最贵的减少温室气体排放方法之一。在2014年，他重新仍然悭持这观点。 2008年，月刊杂志连线报导：氢能源技术可能需过40年或更久才能发展成熟到可以取代汽油。但这这对解决全球暖化问题来说太迟了。Energy Victory的作者 Robert Zubrin说氢能源是各种可能源中最差的一种。

2009年洛杉矶时报这样写：氢能是最差的车辆推动能源。 经济学人指出大部分气都是以蒸汽重整方法制造，这方法所做成的碳排放不会比现有汽车少。 华盛顿邮报执问：当全美国都广泛安装了电动车充电设施时，为何仍要将能量以氢的形式储存作需要时发电之用？

2013年，福士伟根汽车Rudolf Krebs说：无论汽车设计如何优良，整体效率仍然受制于物理定律，最高效率的车辆推动方式是电能，氢推动车辆只有当以能量来源是洁净能源才有意义，但洁净能源转为氢时效率只得40%！然后再花耗能源以高压把氢存入储存器皿，之后，以燃料电池以氢产生电力的过程又再加添一些能量损耗，整体能量效率只得30%到40%之间。

2016年，来自斯坦福大学及慕尼黑工业大学的科学家在Energy期刊研究得出的结论指出，即使在就近地方生产氢，全电动车仍然是较为经济的碳减排选择。

2017年，最好的氢燃料电池车比全电动车消耗多三倍的电力，排放的温室气体也较多，而且态运作费用也较高。

2019年，Real Engineering 的一视频中指出，使用氢燃料电池车对减少碳排放没有帮助，因为95%的氢是以石化燃料转化得出，过程中排出二氧化碳，而以水生产氢的能源效率很低，以高压储存氢的过程也消耗不小能源，运送氢也样消耗能源及有碳排放。氢电池车每公里的行驶成本是纯电动车的8倍。本田欧洲主席Katsushi Inoue说：我们现专注于混能或纯电动车，氢燃料电池车或将实用化，但这会是下一个时代的事。

自2020年开始的研究报告指，氢燃料电池车的效率只有38%，而纯电动车则有80%至90%。

2021年，由CleanTechnica的研究报道指，氢燃料电池车的效率仍低于纯电动车，而主要的氢生产方法会产生碳排放，而氢燃料电池车的优势：长行走里程及快速燃料补充，在电池及充电方法改进下已快速减小。而科学月判Nature Electronics也同意这观点。

2022年，杂志Recharge认为船以氨或甲醇推动比氢更可行。

2023年，国际气候与环境研究中心 (CICERO)估计，漏出的氢会产生比二氧化碳高11.6倍的温室效应。

参见

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参考文献

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  1. ^ A portfolio of power-trains for Europe: a fact-based analysis (PDF). [2013-01-05]. （原始内容存档 (PDF)于2016-04-07）. 
  2. ^ Canadian Group Produces Hydrogen from Water Using Solar Energy. web.archive.org. 2005-03-18 [2020-08-19]. 原始内容存档于2005-03-18. 
  3. ^ "Ford Motor Company Business Plan" （页面存档备份，存于互联网档案馆）, December 2, 2008
  4. ^ Dennis, Lyle. "Nissan Swears Off Hydrogen and Will Only Build Electric Cars" （页面存档备份，存于互联网档案馆）, All Cars Electric, February 26, 2009
  5. ^ "The Hydrogen Car Gets Its Fuel Back", （页面存档备份，存于互联网档案馆） Washington Post, October 17, 2009
  6. ^ 中新网-武漢氫能車下線改寫時代規則. [2016-09-20]. （原始内容存档于2016-09-19）. 
  7. ^ 中國氫能創舉. [2016-09-20]. （原始内容存档于2018-03-12）. 

外部链接

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