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當談到發動機的替代電源時，在普通大眾的心目中，燃料電池目前落后了。但專家認為，氫燃料電池汽車未來會迎頭趕上。但是這項技術是如何運作的呢？優缺點都有什么？
更少的污染物、更少的噪音——這些都是電動汽車的眾多希望之一。談到電動汽車，大多數人會想到帶有大電池的汽車，您可以從墻上的電源插座充電。然而，交通專家對另一種推進技術寄予厚望——包括替代長充電時間的技術。
1. 氫發動機是如何工作的？
氫燃料電池汽車由電動機驅動，因此被歸類為電動汽車。常見的縮寫是 FCEV，是“Fuel Cell Electric Vehicle”的縮寫，與 BEV 或“Battery Electric Vehicle”形成對比。
氫燃料電池汽車與電動汽車不同，其自己發電不從外部電源充電的內置電池發電，而是擁有自己的高效動力裝置——燃料電池。
在 FCEV 的燃料電池中，氫氣和氧氣產生電能并將能量引導至電動機中進而產生動能，這個過程發生了反向電解，其中氫與燃料電池中的氧發生反應。氫氣來自 FCEV 內置的一個或多個儲罐，而氧氣則來自環境空氣。這種反應的唯一結果是電能、熱量和水，它們通過廢氣以水蒸氣的形式排放。
氫發動機的燃料電池產生的電力可以有兩種途徑，具體取決于具體駕駛情況的需求。它要么流向電動機并直接為 FCEV 供電，要么為電池充電，電池存儲能量直到發動機需要它。這種被稱為峰值功率電池的電池比全電動汽車的電池要小得多，因此也更輕，因為它由燃料電池不斷充電。
與其他電動汽車一樣，氫動力汽車也可以回收或“回收”制動能量。電動機將汽車的動能轉換回電能并將其饋入備用電池。
2、氫動力汽車對用戶的利弊
可以從兩個主要角度來看待特定推進技術的優缺點：用戶的角度和環境的角度。如果任何技術要成功替代內燃機，它必須是用戶友好的，并顯著減少污染物的排放。
對用戶的好處：
氫燃料電池汽車的推進是純電動的。當你駕駛一輛時，感覺就像駕駛一輛普通的電動汽車。那是什么意思？幾乎沒有發動機噪音和活潑的啟動，因為電動機即使在低速下也能提供全扭矩。
另一個優點是快速充電時間。根據充電站和電池容量，全電動汽車目前需要 30 分鐘到幾個小時才能充滿電。另一方面，燃料電池汽車的氫罐已滿，可以在不到五分鐘的時間內再次行駛。對于用戶來說，這使車輛的可用性和靈活性與傳統汽車相媲美。
就目前而言，氫動力汽車的續航里程仍然比純電動汽車更長。一個完整的氫氣罐將持續約 300 英里（約 480 公里）。電池驅動的汽車可以與非常大的電池相匹配——這反過來又會導致車輛重量和充電時間的增加。
燃料電池汽車的續航里程不依賴于外界溫度。換句話說，它不會在寒冷的天氣中惡化。
目前對用戶的缺點：
目前，氫燃料電池汽車最大的缺點是加氫選擇稀少。氫發動機通過特殊的燃料泵加油，未來可能會進入普通服務站。然而，就目前情況而言，氫動力汽車的加油站仍然很少。
“我們在氫燃料電池技術方面遇到了先有雞還是先有蛋的問題，”寶馬專家 Rücker 解釋道。 “只要氫動力汽車的加油站網絡如此薄弱，客戶的低需求將無法實現燃料電池汽車的大規模生產。只要道路上幾乎沒有氫氣汽車，運營商就會猶豫不決地擴大他們的加油站網絡。”
寶馬的故鄉德國在氫燃料電池汽車的基礎設施方面處于領先地位。為了促進那里的加氫基礎設施的擴張，寶馬等汽車制造商在清潔能源伙伴計劃中與氫氣生產商和加氣站運營商聯手，該計劃計劃到 2022 年將加氫站網絡擴展到 130 個站點。這將允許在德國的道路上運行約 60,000 輛氫燃料汽車。到 2025 年，隨著燃料電池汽車的相應增加，下一個目標將是 400 個加油站。根據 Rücker 的說法，鄰國還需要更多的加油站，才能真正實現通過 FCEV 前往德國以外的地區。
3. 氫動力汽車的成本是多少——為什么？
除了加氣站網絡薄弱之外，氫燃料電池汽車的需求還低還有一個原因：它們的購買成本相對較高。市場上已經上市的少數幾種燃料電池汽車的中檔或中高檔汽車的成本約為 80,000 美元。這幾乎是同類全電動或混合動力汽車的兩倍。
氫燃料電池汽車仍然昂貴的原因有很多。除了產量小，這意味著生產仍有待工業化，還有一個問題是貴金屬鉑的需求，它在發電過程中充當催化劑。汽車燃料電池所需的鉑金量已經大大減少。 “總體目標是將氫動力汽車的價格降低到與其他電動汽車相似的水平，”Rücker 解釋說。
購買價格高的另一個原因是氫燃料電池汽車往往很大，因為氫罐占據了很大的空間。另一方面，純電池驅動的電動汽車的驅動單元也適用于小型汽車。這就是為什么目前可以在所有車輛類別中找到經典電動汽車的原因。
除了購買成本之外，運營成本在推進技術的成本效益和接受度方面也發揮著重要作用。在氫燃料電池汽車中，這些成本不僅取決于燃料的價格。目前，1 磅（0.45 千克）氫氣在美國的成本約為 14 美元，而在德國為 4.80 美元（這是 H2 Mobility 合作伙伴商定的價格）。使用 1 磅（0.45 千克）氫氣，FCEV 可以行駛約 28 英里（45 公里）。
因此，目前運行氫燃料汽車的每英里成本幾乎是在家充電的電池驅動汽車的兩倍。 Rücker 預計這些運營成本會收斂：“如果對氫氣的需求增加，到 2030 年價格可能會降至 2.50 美元/磅（5.60 美元/公斤）左右。”
4. 氫燃料電池技術的環保性和可持續性如何？
從環境角度來看，僅使用可再生能源且不產生有害排放物的汽車將是理想的選擇。與其他類型的推進系統相比，燃料電池汽車離這個目標有多近：
替代推進系統旨在減少污染物的排放，特別是對氣候有害的二氧化碳，以及其他有毒氣體，如一氧化二氮。氫發動機的廢氣由純水蒸氣組成。因此，氫燃料電池技術在當地是零排放的。這意味著它可以保持城市空氣清潔，但同時也保護了氣候嗎？
這取決于為燃料電池汽車生產氫氣的條件。制氫需要電能。這種電能用于通過電解過程將水分解為其組成元素氫和氧。如果使用的電力來自可再生能源，則氫氣生產具有中性碳足跡。另一方面，如果使用化石燃料，最終將對使用氫氣的燃料電池汽車的碳足跡產生連鎖反應。這種影響的強度取決于所使用的能源組合。在這方面，氫燃料電池汽車與其他電動汽車沒有什么不同。
然而，生產氫氣的一個缺點是電解過程中的損失。因此，“動力到車輛驅動”能源鏈的整體效率僅為純電動汽車的一半。當前生產的風能或太陽能沒有以其他方式使用時，當可再生能源的電力供應過剩時，可以生產氫氣。這方面的潛力是巨大的。
氫也是許多工業過程的副產品，在這些過程中，它經常被視為廢物而不再使用。燃料電池提供了一種對這種氫氣進行循環利用的方法，但必須先對其進行清潔。
氫燃料電池汽車的能源平衡表還必須包括氫的運輸和儲存。根據所使用的運輸技術（液體或氣體），壓縮、冷卻、運輸和儲存的成本會有所不同。由于其更好的可運輸性和儲存能力，趨勢是向液態氫發展。盡管如此，在現階段，氫氣的運輸和儲存仍然比汽油或柴油更加復雜和能源密集。與化石燃料相比，氫氣可以在任何有電和水的地方生產，理論上甚至可以在燃料電池汽車的實際加油站生產。因此，更高度發達的基礎設施可以顯著縮短未來的運輸距離。
總之，氫燃料電池技術有可能使生態可持續的交通成為可能。
寶馬集團首席執行官奧利弗·齊普塞表示：“只要整個價值鏈是可持續的，電動汽車就可以為減緩氣候變化做出真正的貢獻。”
5、氫燃料電池汽車有哪些風險？
當氫氣在不受控制的反應中與氧氣反應時會發生什么？很多人會在學校的化學課上記住這一點。你得到的是一種爆炸性反應，稱為氫氧氣體反應。如圖所示，氫氣是易燃的，但在 FCEV 的運行中，氫氣和氧氣的不受控制的反應幾乎是不可能的。
這是因為，在氫燃料電池汽車中，氫氣以液態形式儲存在特別安全的厚壁罐中。正如 Rücker 強調的那樣，許多碰撞測試已經證實了氫汽車設計方式的安全性：從測試中出來的油箱完好無損，沒有氫氣泄漏。
氫技術并不新鮮，而是在一系列領域進行了嘗試和測試。例如，今天的煉油廠在原油加工中使用大量氫氣作為工藝氣體。管道和儲氫也已經運行了幾十年。
寶馬集團氫燃料電池項目經理阿克塞爾·魯克：“碰撞測試表明，氫氣罐在碰撞中沒有損壞，也沒有氫氣逸出。”
6、氫燃料電池技術在未來將扮演什么角色？
氫能在未來與純電動汽車一起為可持續交通做出重要貢獻——前提是必要的氫基礎設施到位并為氫提供良好的價格，并且車輛的價格下降。在這種情況下，氫燃料電池汽車可以成為零排放技術，讓用戶保持他們習慣的靈活駕駛習慣。
由領先的能源、運輸和工業公司組成的全球倡議氫能委員會也對此深信不疑。該委員會認為氫不僅是燃料電池汽車未來可持續的推進方式，而且是供暖、電力和工業的清潔能源。
