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浅谈:以氢作为我们汽车的燃料安全吗?

2015-07-20来源:大纪元汽车网
丰田氢燃料汽车

1937年5月6日,兴登堡飞艇正在接近位于新泽西州莱克赫斯特市的停靠平台。这艘能将乘客升起至空中的巨大飞艇的艇体里充满了氢气。这种在宇宙中最简单,最丰富的元素,有一个质子与一个电子围绕它旋转。氢原子也是所有化学元素里最轻的。一定量的氢元素和氧元素混合燃烧,可以产生巨大的能量。不幸的是,兴登堡飞艇在接近停靠平台时发生了爆炸,从而使世界见证了氢的力量。

兴登堡试图降落在平台上的时间是五月的一个傍晚。由于飞艇的外部暴露在静电火花中,几秒钟的时间,烈焰便撕破了整个飞艇,火焰将巨大的飞艇变成了一个火球和一堆扭曲的金属。兴登堡灾难,使得氢气的使用在公众中投下了巨大的阴影。在接下来的几十年中,氢气几乎就是灾难的代名词,公众对氢气普遍持怀疑态度,甚至患上了“氢气恐惧症”。

今天,随着对全球石油供应可能减少,石油污染物的排放增加和对环境造成的破坏关注度的增加,能源研究人员正在重新考虑将氢作为燃料来源。氢确实是一种非常有前途的能源:氢产生很少,或者不产生温室气体(GHG)。它的主要副产品是水蒸汽和热量。每单位重量产生的能量,在所有燃料中氢的产生的能量最大。而且,地球上氢的储量丰富且巨大,氢气可以从许多原料中制备,从天然气到水本身。

但问题依然存在:以氢作为我们汽车的燃料安全吗?我们怎样在汽车上使用氢气作为能源?

事实上,氢本身不是一种能源,它是一种能源载体。就像电一样,我们不能燃烧电力(电也是一种能量载体),但是我们可以通过燃烧其他能源来生产电,如燃烧天然气或石油来,煤炭等。然后电力将作为载体将这种能量输送到其他地方,比如居民家中,工厂,办公室等。

通俗的说,这就意味着必须赋予能量载体一定的能量形式,它才可以传输能量。因此,要生产氢,我们必就须消耗能量。这比我们获得主要的传统的料,比如石油容易得多。获得石油需要勘探,钻井,抽取,提炼,并把它送到加油站。但是,使用氢作为燃料来源,基本上我们可以省略所有这些步骤生产我们自己的燃料,因此也避免了由于石油而带来的地缘政治冲突。

氢是通过一种被称为重整的过程产生的。当然,我们可以通过燃烧天然气或其它的基于碳的燃料作为能量转移方式来生成氢。其实,甲烷重整(通过燃烧天然气从碳氢化合物中分离氢)是目前生产氢燃料的最可行的方法。但是通过这种方法,仍然要产生温室气体(GHG)排放。虽然氢的能量转移的过程将是洁净的,但是生产氢的过程仍然要燃烧化石燃料排放温室气体。

就像有比较洁净的方式来生产电力一样(比如水电)氢也可以通过完全洁净的方式生产,比如通过风能和太阳能。甚至还有通过吃藻类微生物生产氢。研究人员正在评估这些方法是否可以作为不通过燃烧化石燃料生产氢的可靠方法。还有另外一些人,正在努力研究出使用这种生产出来的氢气来作为汽车动力的最佳途径。

汽车工程师们设计了氢燃料电池。这些燃料电池通过电化学电能转换来产生电力,从而驱动汽车。将纯化学元素氢的质子和电子分离的过程可以产生能量。氢气与氧混合燃烧后的排放物是水。由于单个的燃料电池不能产生足够的电力来推动汽车,因此必须将多个燃料电池放在一起打造组成燃料电池堆。

现在,仍然存在一个大的问题,就是如何将氢储存在汽车上。目前已经有一些实用的方法在应用。氢可以在高压下以气体的形式存储,也可以在极低的温度下以液体的形式存储。这两种储存氢的方式均适用于燃料泵,但对于作为汽车燃料要储存在汽车上却不现实。低温液态氢需要额外的车载系统以使其保持低温。这会增加汽车的重量,从而影响汽车的能量效率。

研究人员仍在探索研究存储和利用氢作为燃料的最佳方式。该研究的一部份也包括消除公众对氢燃料的的恐惧。科学或许能够破解氢燃料的难题,但是如果司机仍然无法克服对氢作为汽车燃料的恐惧,仍然认为驾驶一辆氢燃料汽车就像驾驶一辆随时会爆炸的炸弹一样,那么谁还还会买氢燃料汽车呢?

氢燃料的安全性

其实在许多情况下,氢比我们目前用来驱动我们的汽车燃料更安全。作为液体,碳基燃料一旦泄露就会流动散布开来。。当传统燃料燃烧时,传统燃料会产生灰烬,同时辐射大量的热。然而氢却不是这样。氢燃烧时不产生热的灰烬,很少辐射热量。更重要的是,当氢气泄漏时,它不是流动开来,而是迅速挥发散布的大气中,所以它几乎没有时间来燃烧。

那么,兴登堡飞艇爆炸又是怎么回事?支持者氢燃料和反对氢燃料双方已经对命运多舛的兴登堡飞艇的悲剧争论了许多年。反对者认为这就是氢燃料警世故事,而支持者则认为恰恰相反。

虽然兴登堡飞艇里的氢确实燃烧,而且产生了令人难以置信的威力,但造成正这次灾难的罪魁祸首并不是氢而这是铝粉。为了反射太阳光,兴登堡飞艇的外表覆盖了铝粉,而这种铝粉相当于火箭一种燃料。而飞艇艇体的棉织物则是,为了防水用高度易燃的醋酸处理过。氢的支持者还指出,兴登堡灾难发生时火焰是向上烧的,这是因为氢的比重非常小。这让处于飞艇下方的乘客没有受到氢燃烧所产生火焰的伤害。36名兴登堡事故中死亡的乘客中的35名是从飞艇上跳下来至死的,所有那些没有跳下来的乘客都存活下来了。

氢燃料的挑战在于找到最佳的储存方式。氢的储存必须是安全的,在车祸中不会爆炸,不会成为有一个警示故事。换句话说,就是要设计出最好的储存罐,可以防止氢气在车祸在爆炸。

钢罐是一种可能。钢罐的强度足以作为可靠的汽车氢燃料储罐而不必担心安全问题。如果发生事故,钢罐也能够承受冲击而不会穿刺或破裂。但是钢的问题是其重量。氢本身非常轻,比汽油轻。任何能够储存高压氢燃料的储罐都要比汽车上的传统的汽油箱大很多。钢储存罐相对来说太重了,影响汽车的能源利用效率。

复合材料似乎比钢更有前途。聚乙烯制成的储罐比较轻,而且可以设计并制造成复杂的形状,从从而高效的利用汽车里的空间。这种材料还可以吸收冲撞能量,并能将氢气安全地释放到大气中。

氢可能的终极存储材料,应该是可以吸收氢气,在需要时将其释放。某些类型的金属,如金属氢化物,可以捕获氢分子并将其储存在其结构中。这样储存氢是最安全的。当金属被加热时可以将氢气释放出来。让这项技术更具吸引力的是,让氢分子从金属储罐释放出来所需要的热量可能来自氢燃料电池产生的热量。

“氢恐惧症”似乎没有阻止研究人员将氢作为燃料来源的可行性进行研究。如果世界上的石油真的所剩不多了,我们有理由一劳永逸抛开这些担忧了。

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