氢能源汽车发展状况浅析 申娟+赵康+陈静+安刚摘 要：随着科研水平的不断提高，氢能源在许多行业都有很好的应用，特别是最近几年，氢能源在汽车行业中的应用得到了较好地发展，文章首先阐述了氢能源的发展概述，同时分析了制氢技术和储氢技术，并分析了其在汽车发动机方面的应用，在此基础上总结了影响氢能源发展的因素，提出氢能源的发展前景以及发展战略。关键词：氢能源汽车；发展状况；分析：TE09 文献标志码：A ：2095-2945（2017）29-0164-021 氢能源概述目前我国的汽车燃料大部分使用的是石油和天然气，然而随着我国能源的日益减少，保护环境和节约能源成为了当前能源开发需要遵循的主要原则，为了给人们提供一个良好的生存环境，充分利用能源，我国以及世界范围内的很多学者都在努力研究能源的有效利用和开发，通过大量的研究表明，氢能源具有很多优点，比如氢能源可以产生较大的热量，同时在作为燃料进行燃烧时不会对外界环境产生污染，因为它通过和氧气发生化学反应，生成水，而且这种能源在很多物质中都有一定的含量，来源比较广，如一些生物质和水中都含有大量的氢成分，同时氢能源是一种可再生能源，所以氢能源得到了广大科研人员的高度重视，也被作为应用到汽车行业中的主要研究对象之一。2 氢能源的研究和应用现状2.1 利用氢能的发动机汽车的发动机在氢能源的应用方面主要有两种，即氢燃料发动机和燃料电池发动机，氢燃料发动机根据氢能源的纯度可以分为纯氢燃料和掺氢燃料两种，纯氢燃料在发动机中的应用是在原来以汽油作燃料的基础上进行改造的，改为完全用氢能源作燃料，这种发动机的应用的优点主要有：只是通过和空气进行简单的混合就能够很容易地实现，同时氢能源和氧气发生化学反应之后的产物只有H2O和NOx，没有产生一些固体物质，所以对发动机产生的损害非常小，相对来说对汽车所用的润滑油几乎不会产生污染；但是由于氢能源的在燃烧时温度高，会产生很大的热量等特点，导致通过应用氢能源的发动机经常会遇到早燃、回火、敲缸、发动机热负荷高等问题。氢能源在作为汽车发动机的燃料时，还可以和其他的燃料一起使用，它只是作为燃料的一部分，这种应用也称为掺氢燃料发动机，通过在燃料中掺杂一部分氢能源，可以有效地提高汽油机的使用性能。燃料电池是将化学能转化为电能的过程得以实现的，是通过一定的原理和作用完成电子输送的过程，通过这一技术在发动机使用过程中的应用，其优点主要有能量利用率高，而且便于携带。2.2 制氢技术从目前学者对于制氢技术的研究来看，可以总结为三个方面：（1）通过使用化学燃料实现制氢，比如，通过烃类的分解、氧化重整，碳氢化合物的氧化以及煤的气化等方法制造氢气，在目前是一种较为常见的制氢手段；（2）通过分解水的方法实现制氢，比如水的电解、光解、热化学分解和直接热分解的过程中都可以提炼出氢成分，应用最为广泛的就是通过太阳能来分解水进行制氢；（3）生物制氢，这种制氢技术主要有细菌发酵法、海洋藻类光合放氢，这种制氢方法和前两种技术相比具有消耗能源小且对环境污染小的优点。2.3 储氢技术储氢技术是发展氢能源有效利用的最主要问题，目前来看也是影响氢能源发展和利用的主要因素之一，氢能源之所以不易储藏，是由于其在正常状态下呈气体状态，密度只是空间的1/14，所以为了促进氢能源更好地在多个领域中得到广泛的应用，应该研究一种既方便又经济的储氢技术，目前，较为常用的储氢技术主要有：氢的压缩储存、液化储存、金属氢化物和碳质吸附储存。3 氢能源发展的制约因素（1）高成本，由于制氢过程是一个相当复杂而且需要消耗大量其他能源才能得已实现，其提炼过程需要较高的成本，据有关科研人员进行假设推算，假如要想把美国所有的汽车都改造成为使用氢燃料的汽车，同时制氢燃料通过风力发电提供，那么这一过程所需的电能需要美国近一半的发电站同时工作才能保证，氢能源不但在制造过程中需要较高的成本，同时在进行储存和运输的过程中也是相当困难的，因为氢气只有进行压缩之后才能进行输送，而且其对运输过程中的要求也较高，一辆可以输送2400千克天然气的运输车辆只能装载288千克氢能，据相关数据综合统计，通过利用氢能源生产的燃料电池车的生产成本达到8万美元，这种发动机的汽车固然有其优点，但是过高的成本使氢能源在汽车行业的发展以及应用得到了很大程度的制约；（2）安全性，由于氢气的密度小，很容易发生起火或者是气化现象，因此在其制造、储存以及传输过程中，可能会产生一些较为严重的危险现象，而且从目前的技术水平来看，还不能充分地保证这些过程中氢气可能造成的危险预防，安全性能相对较低；（3）污染性，目前在氢能源的获得方面主要是通过电解水和天然气重整两种技术方法，首先利用电解水的方法实现制氢时，相对最经济的方法是把煤炭作为燃料获得电能最终实现制氢过程，但是这一过程会产生较多的二氧化碳，对环境产生极大的污染，而通过天然气制氢技术也会产生大量的二氧化碳，造成空气污染。4 氢能源在汽车工业中的发展前景及发展战略4.1 国际汽车业氢能研究的进展为了有效地解决能源短缺的问题，进一步加强对能源的开发和利用，世界范围内的相关部门在氢能源的研究方面都制定了完善的发展战略计划，通过大量科研人员的共同努力，氢能源在汽车行业的应用也取得了很大的成果，在这方面，美国通过和其他企业合作，率先把一座加油站改建成了可同时供应气态和液态燃料的站点，同时在其他的一些发达国家也都取得了较大的成果。4.2 中国汽车业氢能研究的进展随着国外发达国家对于氫技术的研究规模不断扩大，同时在能源危机的巨大压力下，我国对于氢能源的研究也越来越重视，比如，2002年1月我国科学院建立并开启的非常重要的科研项目“大功率质子交换膜燃料电池发动机及氢源技术”，本项目耗费了大量的人力和财力，我国政府和相关部门之所以不惜代价地开启本项目，最终目的就是为了能够实现燃料电池汽车和氢能源相关技术在我国得到更好地发展，同时在用氢能源代替其他能源作为交通工具的燃料方面进行了大量的研究，投入了大量的资金，同时各大院校也加大了氢能源有效利用方面的科学研究，比如清华大学就在大力度地进行2008年在奥运会上通过氢能源作为燃料的汽车的多方面可行性研究，而且我国对氢能源的燃料电池的研究也有四十多年的时间了，而且通过相关人员的不懈努力已经取得了较好的成果，并在20世纪末期通过和其他公司进行技术合作，终于研制成功了第一台燃料电池的电动汽车，2000年底上海神力科技有限公司开发了“氢动力一号”游览车，2004年11月上海神力科技有限公司研制成功的“超越二号”轿车也是氢能源得到有效利用所取得的成果。4.3 中国汽车业氢能研究的进展为了使氢能源在我国汽车行业得到有效地应用，使其可以凭借高效节能的优势在激烈的市场竞争中立于不败之地，进一步提高汽车制造技术水平，同时更好地解决我国面临的能源危机，我国政府及相关部门一定要提高对氢能源开发以及应用的重视程度，建立起专门的科学研究队伍，加大人力和财力的投入力度，在借鉴国内外研究领域成功经验的基础上，结合我国实际的研究水平和发展情况，建立起切合实际的短期以及长期的发展计划和具体的实施方案，具体来说可以按着三个大的步骤进行规划：首先，是技术研发、政策制定以及市场培育阶段，在这一过程中最主要的任务就是实现对氢能源的开发、利用过程中可能出现的问题的有效解决，比如，对于制氢过程中所需要的能源和较高的成本问题，氢气的储存、安全性、加气站的建设以及通过氢气作燃料的汽车排放问题，同时政府要对相关的研究部门提供最大的支持，在税收、市场准入机制等方面采取一些有效的鼓励政策，从而促进我国在氢能源方面的有效开发和应用；其次，向市场平稳过渡，这一过程也是氢能源技术不断趋于成熟的过程，通过研发新的技术，使氢气的制取更加多元化，找到更加方便、安全、经济的储存和运输方法，同时在技术应用方面不断提高其性能；在前两个阶段得到有效实现的基础上就进入了第三阶段，主要任务是进一步拓宽市场，加强基础设施建设，以可再生能源作为原料制造出更经济、清洁、高效和便捷的能源，国家加大对氢能源基础设施建设的投入，从而使氢能技术和市场体系进一步完善。参考文献：1汪丛伟，周帅林，洪学伦，等.燃料电池汽车氢源选择的研究进展与预测J.化学通报，2015（1）：30-35.2王景儒.制氢方法及储氢材料研制进展J.化学推进剂与高分子料，2014（2）：13-21.3杨志冠.储氢研究进展情况J.江西科学，2012（2）：191-196.4陈子瑜.中国新能源产业发展的战略思考J.科技创新与应用，2017（17）：30. -全文完-