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氮循環(huán)引擎替代氫燃料電池

作者:中國儲能網(wǎng)新聞中心 來源:數(shù)字儲能網(wǎng) 發(fā)布時間:2012-11-16 瀏覽:
     中國儲能網(wǎng)訊:據(jù)了解,梅賽德斯奔馳F-Cell旅行車和本田FCX Clarity轎車推出了使用新型氫燃料電池的環(huán)保汽車。這些車不像常見的電動汽車那樣把盒裝電池放置在車輛底部,而是將類似的燃料電池裝在引擎蓋下。


  在美國洛杉磯的一些居民住宅區(qū)經(jīng)??梢钥匆娺@些深紅色FCX Clarity和銀白色F-Cell旅行車,它們都是試驗(yàn)用車,由廠家直接租賃給體驗(yàn)用戶,以檢測這類氫燃料汽車在洛杉磯的交通條件下超車和提速的能力。
 
  到目前為止,大多數(shù)試驗(yàn)車輛都表現(xiàn)得相當(dāng)不錯。其優(yōu)勢之一,這些車輛從排氣筒里排出的只有水蒸氣。此外還有一個優(yōu)勢,燃料電池汽車極大地緩解了困擾日產(chǎn)Leaf系列蓄電池汽車的“產(chǎn)品焦慮癥”。
 
  梅賽德斯奔馳和本田的試驗(yàn)車擁有300公里到380公里的續(xù)航能力,相比蓄電池汽車,這與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車的差距要小很多。不過,這些車需要回到洛杉磯地區(qū)僅有的5家對公眾開放的氫燃料加注站,在幾分鐘內(nèi)它們的油箱就能加滿,不用像蓄電池汽車一樣花幾小時充電。
 
  如果要進(jìn)一步完善并投入大規(guī)模生產(chǎn),首要的前提也是困難所在,就是氫燃料加注設(shè)施的進(jìn)一步推廣?,F(xiàn)如今,此類加注站比蓄電池汽車充電站甚至液化天然氣泵站的數(shù)量更少,相距也更遠(yuǎn)。但燃料電池汽車應(yīng)該會成為當(dāng)今甚至未來一項(xiàng)頗具吸引力的駕車選擇。
 
  據(jù)悉,完善生產(chǎn)、傳輸和儲存氫燃料所需的工廠和設(shè)備的成本相當(dāng)可觀。與制造氨肥或?qū)⒅赜宛s分轉(zhuǎn)化為汽油用的工業(yè)氫氣不同,燃料電池所用氫氣純度須達(dá)到99.999%。這決定了生產(chǎn)這類氫氣除電解水之外別無他法。
 
  在運(yùn)輸環(huán)節(jié)上也存在難題。氫氣擁有最小的分子,因此能穿透幾乎所有物質(zhì)。更為特別的是,它能脆化鋼材,并引起銹蝕,使傳輸過程中裂紋擴(kuò)展的速度加快。這就需要給輸氣管道和儲氣罐加襯里。
 
  與汽柴油等化石燃料不同,氫氣自身并不能產(chǎn)生能量。它只是一種介質(zhì),可存儲發(fā)電站產(chǎn)生的電能并將其傳輸?shù)诫妱悠嚨陌l(fā)動機(jī)以驅(qū)動車輪,其工作原理與蓄電池大致相同。由于自然界中流離氫的含量并不足以為人所用,人們須要用電解水的方式生產(chǎn)氫氣。
 
  在美國加州,盡管太陽能裝置和風(fēng)場數(shù)量眾多,但居民用電中有62%是來自化石燃料,其中大多數(shù)都要通過其他州的火電廠輸送,既不環(huán)保又不清潔。而電解水工廠的生產(chǎn)高峰是在夜間的低價時段,換而言之,氫燃料汽車對溫室氣體排放也有一份“貢獻(xiàn)”。
 
  如果我們將氣體的排放從汽車排氣管轉(zhuǎn)移到發(fā)電廠,這就使控制污染變得更容易。除蓄電池和通過電解水生產(chǎn)氫氣外,我們還要考慮到是否有更有效的儲存車用電能的方式。
 
  液化空氣,更準(zhǔn)確地說,是空氣中占78%的氮?dú)?。越來越多的人認(rèn)為這是一種不錯的選擇。早在1883年,人類便首次將空氣液化。那時的工藝流程與今天的類似,以200個大氣壓將其壓縮,冷卻至-190℃后,令其急速釋放和濃縮。這一工序可將1000升透明氣體變成1.4升淡藍(lán)色的液體。
 
  只要容器隔熱性能良好,液化空氣可在大氣壓下長期貯存。一旦暴露在室溫下,它就會立即沸騰并還原成氣態(tài)。在此過程中,它的體積將膨脹到原來的700倍,利用這個特性能為活塞發(fā)動機(jī)或渦輪機(jī)提供動力來源。
 
  液氮還有一個更大的優(yōu)點(diǎn)。它的密度比液態(tài)空氣大得多,單位體積內(nèi)能貯存更多的能量,汽車加滿一箱能跑更遠(yuǎn)的路程。同等質(zhì)量下,就性能和續(xù)航距離來說,氮燃料汽車類似于電動車而非傳統(tǒng)汽車。但液氮汽車的造價很可能比電動車低很多。其優(yōu)勢之一是液氮汽車發(fā)動機(jī)無需應(yīng)對高溫,因此可用便宜的合金甚至塑料生產(chǎn)出來。
 
  優(yōu)勢之二在于液氮汽車無需笨重的牽引電池,因此會比電動車更輕巧,成本也更低。目前,電動車用鋰電池每度電成本在500至600美元間。日產(chǎn)Leaf儲電量為24度,其電池成本在13200美元左右,占整車基準(zhǔn)價格35200美元的1/3還多。因此,具備同等性能和續(xù)航能力的液氮汽車成本只有電動車的一半。
 
  優(yōu)勢之三是液氮是工業(yè)制氧過程中的副產(chǎn)品。由于在空氣中的含量是氧氣的4倍,氮?dú)獗厝挥枚加貌煌?,甚至液氮在美國的售價只是牛奶的1/10。
 
  最后,機(jī)械設(shè)計(jì)上的突破使液氮成了比車用鋰電池更具吸引力的選項(xiàng)。英國獨(dú)立工程師彼得·迪爾曼的一項(xiàng)發(fā)明摒棄了液氮快速蒸發(fā)所需的昂貴換熱器,而在液氮被放進(jìn)汽缸的同時注入少量的水和防凍劑(如甲醇),使液氮快速沸騰并膨脹,從而壓下汽缸內(nèi)的活塞。迪爾曼說:“如果不這樣做,你就得使用一套笨重、低效而昂貴的多級引擎。” 
 
  領(lǐng)導(dǎo)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定和認(rèn)證的倫敦機(jī)械工程技師學(xué)會對德爾曼引擎公司的新產(chǎn)品印象頗佳,于是成立了一個由工程師、學(xué)者、政府官員和工業(yè)領(lǐng)袖組成的工作組來試驗(yàn)液氮技術(shù)的利用方式。
 
  如果實(shí)踐證明總成本更低且能快速加注燃料的氮能汽車可實(shí)現(xiàn)電動車的零排放,那么新一代氫燃料電池車或許將被取代。
 
  按本田公司的說法,驅(qū)動電動車的燃料電池效率要比內(nèi)燃機(jī)高2到3倍。不幸的是,燃料電池車造價甚至比電瓶車還高。據(jù)估計(jì),本田為FCX Clarity開發(fā)的第三代100千瓦燃料電池組每套造價約為35萬美元。梅賽德斯奔馳電池組造價也差不多。這就是本田只生產(chǎn)了200輛FCX Clarity,而梅賽德斯奔馳也只生產(chǎn)了70輛F-Cells的原因。
 
  據(jù)估計(jì),近年來汽車廠商將燃料電池組的造價削減過半。如今,這些電池組安裝好后平均每千瓦造價降至1500美元,但仍比內(nèi)燃機(jī)高出甚多??抠|(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)壓縮更多成本也不是件容易的事。
 
  即便如此,近期巴黎車展上仍展出了7輛新款燃料電池汽車。當(dāng)然,其中大都是概念車,但所有車都功能完備??磥砥嚠a(chǎn)業(yè)是在往電動汽車上下注,但其賭注是否下到了正確的技術(shù)上尚未可言。
 
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