氫燃料電池汽車的秘密

在2013年洛杉磯和東京舉辦的汽車展上，三家汽車制造商——本田、現代和豐田稱，氫燃料汽車有望于2014年春季問世。這個此前僅存在于汽車工程師閑聊中的將來燃料，仿佛已經離我們不遠了。

氫燃料與汽油、柴油、煤油和天然氣等傳統碳氫燃料不同，因其不含碳成分而備受關注。因此，氫燃料在燃燒后不會萌生含碳的溫室氣體，至少在汽車發動機內不會筆直萌生。然而，如果氫燃料在大氣環境中而非純氧氣環境中燃燒，會生成有毒的氮氧化物。這是一種比二氧化碳更具破壞性的溫室氣體，其對環境的危害更大。

有鑒于此，無需燃燒過程、從氫氣中提取化學能的燃料電池進入汽車工程師的視野。燃料電池的工作原理是反向電解。通常電解是用電將水分析成氫和氧，反之把混合的氫氧通過電化學反應生成水，從而萌生電流。因此，燃料電池的排放物僅有水蒸氣和熱量。

以最簡單的PEM（質子交換膜）燃料電池為例，在正負兩極間，用鍍有鉑鈀催化劑的高分子膜作電解質。燃料箱中的氫被泵入到電池正極，負極則由空氣中提取的氧包圍著。

由于一個PEM電池只能萌生不到1伏的電壓，因此需要做成類似切片面包似的電池包件才可萌生有效電壓。

數據顯示，燃料電池包的效率可以達到內燃機的3—4倍。更緊要的是，使用這種燃料電池的主要對象是電動車，避免了車體安裝笨重的電池，從而處理了電動車的兩大缺陷：行駛距離較短；充電時間較長。

車載的最新燃料電池，1罐氫氣可以保證汽車行駛300英里（約480公里），燃料箱補充水時僅需5分鐘。值得留意的是，就像傳統電動車一樣，燃料電池汽車也是零排放汽車（ZEVS）。

燃料電池的另一個優勢是其成本下降的速度。目前已耗資幾十億美元的充電電池——鋰離子技術，看起來短期不會有太大進展，其發電成本高達2000美元/千瓦。燃料電池在這方面有著極大潛力和優點。

不過，廣泛使用PEM的障礙在于電解質成本高，但是如果能找到廉價，性能堪比鉑鈀電解質，且在氫氣里不易受雜質（如二氧化碳）污染的其他替代物，那么這個問題就會迎刃而解。

此外，氫氣的供應也是一個難題。美國目前約有100個氫氣供能站，但大部分面向工廠、軍隊、政府部門和出于私人用途的研究機構，向公眾開放的寥寥無幾。盡管，加州計劃將來十年斥資2000萬美元建造100座加氫站，但在全國范圍內新建加氫站預計將耗資200億美元。

再往上游看，目前工業氫能（用于煉油原料）由蒸汽出產天然氣法而來。該過程并不清潔。美國國家可再生能源試驗室稱，科羅拉多州的聯邦研究機構用蒸汽法加工1千克氫氣，便生成11.9千克二氧化碳。以本田Clarity車為例，行駛能力為68英里/千克氫，意味著會有175克/英里的二氧化碳廢氣排入大氣。

相比之下，大眾的小型柴油車廢氣排放145克/英里，豐田普銳斯汽油—電動兩用車廢氣排放167克/英里，這些都要比燃料電池汽車更加清潔。

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