南陽水氫汽車的技術(shù)探尋

張海平　陳德皓　李茂營

中圖分類號： TV698.1 ? 文獻標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.04.68

1 神車初現(xiàn)

2019年5月23日，刊發(fā)于《南陽日報》，名為《水氫發(fā)動機在南陽下線，市委書記點贊！》的文章突然火爆網(wǎng)絡(luò)，該文章報道稱：水氫發(fā)動機可以讓車載水實時制取氫氣，車輛只需加水即可行駛。

2 大眾反響

裝載該水氫發(fā)動機的車輛被網(wǎng)友戲稱為“南陽神車”，該篇文章報道在刷遍微博和微信朋友圈等網(wǎng)絡(luò)平臺時便遭到了網(wǎng)友的普遍質(zhì)疑。這一“發(fā)明”讓人聯(lián)想到“水變油”以及“巴鐵”等騙局。

3 負(fù)責(zé)人回應(yīng)

5月24日，澎湃新聞對話涉事企業(yè)負(fù)責(zé)人、青年汽車集團董事長龐青年，他聲稱：首先，只加水車就能跑，肯定不符合能量守恒定律，水氫發(fā)動機里還含有納米級的氧化鋁、催化劑等其它物質(zhì)。水氫發(fā)動機只是當(dāng)?shù)孛襟w的簡稱，這個車應(yīng)該叫車載水解制氫氫能汽車。其次，由博士、博士生導(dǎo)師等組成的科研團隊從2006年開始對相應(yīng)技術(shù)進行研發(fā)，但目前尚未申請專利，技術(shù)以及研發(fā)成本處于保密狀態(tài)，但加了水和料（氧化鋁、催化劑等物質(zhì)）后，汽車就能行駛300-500公里[1]。

4 技術(shù)儲備

4.1 專利申請情況

對于該公司的專利申請情況，作者以申請人和發(fā)明人為入口進行檢索，最終檢索到專利234件（見圖1），其中發(fā)明專利授權(quán)案件為3件，實用新型全部失效，且授權(quán)案件專利與該水氫發(fā)動機并無關(guān)聯(lián)。

圖1

4.2 水氫技術(shù)來源

既然青年汽車集團確實沒有申請相關(guān)專利，那青年汽車水氫發(fā)動機的制氫技術(shù)究竟是什么？該技術(shù)從何而來？原來，被稱為“水氫發(fā)動機”的相關(guān)核心技術(shù)來源于湖北工業(yè)大學(xué)相關(guān)科研人員的發(fā)明專利，其發(fā)明名稱分別為“一種水解制氫鋁合金及其制備方法”以及“一種水解制氫鋁合金及其制備方法和應(yīng)用”，其中，第一個專利已被授權(quán)（專利號為ZL201610564832.5，發(fā)明人為董仕節(jié)、羅平、官旭、熊燦），第二個專利（申請?zhí)枮?01910117543.4，發(fā)明人為羅平、董仕節(jié)）處于實質(zhì)審查階段。而上述兩項發(fā)明專利已被獨家授權(quán)給南陽市青動能源科技有限公司，允許其在4年的授權(quán)期間使用。2019年5月26日湖北工業(yè)大學(xué)發(fā)布了相關(guān)說明，聲稱：鋁容易與水反應(yīng)，但通常條件下由于鋁表面與空氣接觸，會覆蓋一層致密的氧化膜，阻礙金屬鋁與水的接觸反應(yīng)，因而如何有效去除鋁表面的氧化膜，加速反應(yīng)的進行，提高轉(zhuǎn)化率是鋁水反應(yīng)的關(guān)鍵[2]。其中，授權(quán)專利ZL201610564832.5提供了一種水解制氫鋁合金及其制備方法，包括如下質(zhì)量含量的組分為原料：Al70～98wt%，Ga0.5～10wt%，In0.5～10wt%，Bi2O30.5～10wt%，SnCl20.5～10wt%，進行球磨得到水解制氫鋁合金。Ga和In為低熔點金屬，在球磨過程中會破壞鋁表面致密的氧化物，提高鋁水反應(yīng)的反應(yīng)活性;Bi2O3和Al在球磨過程中原位生成Bi，破壞金屬鋁表面的氧化膜，提高材料的水解制氫性能;球磨過程中，SnCl2作為助磨劑消除鋁粉的團聚現(xiàn)象，并且可使得金屬鋁表面產(chǎn)生大量的新鮮表面和缺陷，提高材料的水解制氫性能。將得到的水解制氫鋁合金粉末與25℃水混合進行水解反應(yīng)，測試水解制氫性能，結(jié)果表明，該方法制備得到的水解制氫鋁合金在25℃的水中即可立即反應(yīng)生成氫氣，沒有反應(yīng)遲滯時間，最終產(chǎn)氫量可達1220mL，最終產(chǎn)氫率可達98%，可以達到實時制氫和實時供氫，適用于為氫氧燃料電池汽車提供高純氫源。申請專利CN201910117543.4公開了一種水解制氫鋁合金及其制備方法和應(yīng)用，其由如下質(zhì)量百分含量的原料組成：Al90～95wt%和添加劑5～10wt%;所述添加劑為金屬單質(zhì)、金屬氧化物和金屬氯化物中的一種或多種;所述金屬單質(zhì)包括鎂（Mg）、銻（Sb）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉍（Bi）、錫（Sn）、鉀（K）和鈉（Na）中的一種或多種;金屬氧化物包括氧化鎂、氧化銻、氧化鋅、氧化鉛、氧化鎘、氧化鉍、氧化錫、氧化鉀和氧化鈉中的一種或多種;金屬氯化物包括氯化鎂、氯化銻、氯化鋅、氯化鉛、氯化鎘、氯化鉍、氯化錫、氯化鉀和氯化鈉中的一種或多種。該水解制氫鋁合金采用機械合金化的方式制備而成。通過向鋁中添加特定種類的金屬單質(zhì)、金屬氧化物或金屬氯化物，提高了合金的活性，從而提高了材料的水解制氫性能;且使用的添加劑為價格低廉的金屬單質(zhì)、金屬氧化物或金屬氯化物，與Ga或In等成本較高的金屬相比，在保證產(chǎn)氫性能的同時，大大降低了水解制氫鋁合金的成本。且湖北工業(yè)大學(xué)董仕節(jié)教授科研團隊從2006年開始研發(fā)相關(guān)技術(shù)，也取得了相應(yīng)的成績，例如在2017年獲批“水解制氫用高活性微納米Al-Ga-In-Bi2O3-SnCl2材料的制備及產(chǎn)氫機理”這一國家自然科學(xué)基金會項目。

可見，青年汽車的制氫技術(shù)來源于該團隊的授權(quán)專利。且董仕節(jié)教授對此解釋道：“通過我們的特殊材料和相關(guān)技術(shù)裝置可以將水轉(zhuǎn)換成為氫氣，再通過氫燃料反應(yīng)堆，產(chǎn)生電能，然后驅(qū)動車載電機和引擎，驅(qū)動汽車行駛，這一整個系統(tǒng)應(yīng)該叫做車載水解即時制氫氫能源汽車”。即該技術(shù)并不是在一個裝置里加水就可以產(chǎn)生氫氣，而是新型制氫材料、制氫裝置共同起作用的結(jié)果[3]。

4.3 可行性研究

科學(xué)角度：車載水解制氫氫能汽車=氫能燃料汽車+鋁/水即時產(chǎn)氫系統(tǒng)。

經(jīng)濟角度：首先，每行駛300km需加水300kg，以及另加超過100kg的鋁合金粉末，估算下來，一輛續(xù)航300km的汽車需要裝上400kg的“燃料”，折合成本約為150元/百公里，其遠(yuǎn)高于氫能燃料汽車的70元/百公里以及傳統(tǒng)燃油汽車的50-60元/百公里。因而從經(jīng)濟角度考慮，該車載水解制氫氫能汽車還需在如何降低使用成本方面下足功夫。

4.4 國外研究狀況

俄羅斯國家研究型大學(xué)“莫斯科鋼鐵學(xué)院”發(fā)表在《Powder Technology》科學(xué)期刊發(fā)表的文章顯示，?？蒲袌F隊采用“鋁-水”系統(tǒng)以廢鋁作為反應(yīng)物研發(fā)出化學(xué)制氫的整套技術(shù)。研制出廢鋁制氫的氧化劑，并設(shè)計制造出制氫實驗裝置。裝置適用于處理廢鋁及其它水解金屬以制備氫燃料，具有可靠的防爆性。鋁與水反應(yīng)所產(chǎn)生的氫氣可用于燃料電池發(fā)電，15克重量的飲料易拉罐儲藏的化學(xué)能為255千焦耳，折合成的能源可使油耗5升的汽車行駛20米。俄羅斯每年可產(chǎn)生20-30億個鋁制易拉罐，約合4萬多噸純鋁，而整個歐洲再生鋁市場規(guī)模達千萬噸，其中一半未被有效利用，浪費的能源大約為130太焦耳[4]。

4.5 氫燃料電池

我國目前在走電動汽車以及氫燃料電池汽車兩條發(fā)展道路，且在2019年，氫燃料電池汽車迎來了政策、市場的強勁東風(fēng)[5]。在2019上海國際汽車展覽會上，氫燃料電池汽車閃亮登場，耀眼世界。氫燃料電池汽車是通過利用氫燃料電池作為提供電動機以及汽車其它需要電力部件的電源，進而替代傳統(tǒng)的內(nèi)燃機，從某種意義上說，氫燃料電池汽車是一種真正打破傳統(tǒng)觀念的高效、節(jié)能、零排放、無污染理的想型汽車。然而，國產(chǎn)燃料電池產(chǎn)品成本高、里程和壽命短，質(zhì)子交換膜、膜電極等燃料電池關(guān)鍵材料還高度依賴進口，生產(chǎn)能力不足，由此導(dǎo)致氫燃料電池汽車產(chǎn)品價格居高不下。在儲運方面，實現(xiàn)氫能規(guī)?；?、低成本的儲運仍然是我國乃至全球共同面臨的難題。高壓氣氫作為目前國內(nèi)外主流的氫能儲運模式，還存在儲氫密度仍然不夠高、儲運成本太高等問題[6]。上述這些原因都嚴(yán)重影響了氫燃料電池汽車的應(yīng)用。

4.6 經(jīng)濟補助

2019年10月11日，工信部官網(wǎng)發(fā)布《關(guān)于2017年度新能源汽車推廣應(yīng)用補助資金清算審核情況的公示》及相關(guān)附件顯示，金華青年汽車制造有限公司的9個型號的車型全部成功通過專家組的核定，并獲核定清算補助資金1.18億元，然而上述9個車型均是純電動城市客車而非“水氫汽車”。

5 總結(jié)

（1）南陽神車：氫能燃料汽車+鋁/水即時產(chǎn)氫系統(tǒng)。

（2）原理上行得通，但現(xiàn)實中還行不通。相對于技術(shù)的真實性，其高昂的成本、能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)過多、效率損失和現(xiàn)時條件下無法量產(chǎn)等才是引發(fā)質(zhì)疑的關(guān)鍵所在。而“南陽神車”能夠跑多遠(yuǎn)，還是要看它在多大程度上尊重了科學(xué)規(guī)律和經(jīng)濟規(guī)律。

（3）2018年我國燃料電池汽車產(chǎn)銷量為1527輛。而截至2018年底，我國正在運營的加氫站僅20多座。2018年12月15日，人民日報刊發(fā)了國家領(lǐng)導(dǎo)人對于新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的看法，重點強調(diào)了當(dāng)下應(yīng)加大對氫燃料電池發(fā)動機的研發(fā)力度，顯然也是預(yù)示著我國也將在氫能源領(lǐng)域發(fā)力，但要走的路還很漫長。

參考文獻

[1]澎湃新聞網(wǎng)站https：//www.thepaper.cn/newsDetail_forward_3523914.

[2]湖北工業(yè)大學(xué)官網(wǎng)http：//kjcy.hbut.edu.cn/contents/143/11505.html.

[3]搜狐網(wǎng)站https：//www.sohu.com/a/316542972_412025.

[4]搜狐網(wǎng)站https：//www.sohu.com/a/238877056_618917.

[5]張夕勇.氫燃料電池汽車商業(yè)化還需邁過三道關(guān)[J].科技日報，2019（7）：1-2.

[6]劉堅，鐘財富.我國氫能發(fā)展現(xiàn)狀與前景展望[J].研究與探討，2019（2）：32-36.