由于日本豐田在世界上最早推出Mirai氫燃料電池汽車,人們對這種新能源汽車的期望一度風靡全球,被稱為人類最環保的汽車。本人一直因為它消耗的燃料氫在地球上并不天然存在、需要大規模生產,因而對其抱懷疑態度。今天將其與純電動汽車作一對比,特寫本文質疑之。
圖一:純電動汽車能量流向圖
從圖一可見,純電動汽車的能源是發電廠,這是純電動汽車被廣為詬病的主要原因,有人說發電廠有很大的污染,由此得出純電動汽車不比燃油車好多少的結論。發表這種議論的人卻不想一想:純電動汽車的污染是來自發電廠,但世界上發電廠為數畢竟有限,而數千萬輛燃油車滿世界跑,它們治理的難度比較發電廠來說不是僅僅高一個數量級的問題,這種議論不攻自破。
圖二:氫燃料汽車能量流向圖
氫燃料電池首先要消耗大量電能將水電解,從而產生氫氣和氧氣。生產出來的氫氣在車上需要使用高壓儲氫罐或者低溫技術運輸,這具有一定危險性同時造價較高。車行駛時,氫氣和氧氣在催化劑(曾一度為貴金屬)的作用下生成無害的水,從而產生電能。然而,這樣的電池不能在瞬時產生大功率(例如在汽車啟動或加速時),還需要一個小容量的鋰電池來驅動汽車的電機,而氫燃料電池則對此鋰電池進行慢充電。
根據網上資料(見文末參考資料),一度電可以制氫30.395克,駕駛氫燃料汽車消耗1公斤氫氣可以跑200公里。駕駛純電動汽車,使用20度電可以從上海虹橋開到蘇州。計算一下,20度電可以制氫607.9克,跑121.58公里,同樣也差不多從上海可以開到蘇州。
從上面的例子,本人的看法是,用這些制氫的電直接給電池充電,可以達到相同的結果。氫燃料汽車有很多技術問題,據我看都是畫蛇添足,沒有必要,徒然增加了巨大的成本。
以上是基于用電解水來制氫的方法。更廣義的可以用煤石油天然氣等化工方法制氫,成本比用電更低,但純電動汽車也有其他途徑充電,用以衡量的指標稱為Well-To-Wheels total petroleum usage(油井至車輪石油用量,單位Btu/mi)。還有一個指標稱為Well-To-Wheels GHG emissions(油井至車輪溫室氣體排放,單位g/mi)。按此,兩種汽車的比較如下表:
純電動汽車 |
氫燃料汽車 |
|
Well-To-Wheels GHG emissions(g/mi) |
214 |
260-314 |
Well-To-Wheels total petroleum usage(Btu/mi) |
54 |
27-67 |
從上表看,氫燃料電池汽車的總溫室氣體排放甚至稍高于純電動汽車,何談它是最清潔的能源?從制氫成本來看,最低的可以比純電動汽車少一半,但是這加上它在儲存等方面增加的成本幾乎可以忽略。
當然,氫燃料汽車有很多優點,例如加氫比純電動汽車充電快得多,續駛里程可以和燃油汽車比擬等。問題是,這些優點是用多少代價換來的?同時,純電動汽車的電池這10年中性能不斷提高,例如續駛里程已經快要滿足用戶期望。事物在不斷變化,電池的技術性能日新月異,相信充電時間長的問題也會最終得到解決。
氫燃料電池早在上世紀60年代就在宇航事業中得到長足的應用。在航空業人們為了減少溫室氣體排放做了巨大努力,歐洲空客正在研制氫動力飛機。由于氫燃料的能量密度比鋰電池高、重量輕,看來比鋰電池在空中有更大優勢(盡管已經有使用電池的飛機銷售)。但是在陸地上,由于汽車巨大的產量,人們必須從商業價值對其進行評估。