“氫”車上路：探秘清潔高效的氫能源

廖夷戎

“氫”車上路，又“氫”又快

2024年4月19日，兩輛以氫為燃料的汽車實(shí)現(xiàn)了北京到上海的1500公里長(zhǎng)距離運(yùn)輸測(cè)試，這是我國(guó)氫能車輛首次大范圍、長(zhǎng)距離、跨區(qū)域的實(shí)際運(yùn)輸測(cè)試。3月21日，全球首列氫能源市域列車在長(zhǎng)春完成了每小時(shí)160千米滿載運(yùn)行試驗(yàn)，首次實(shí)現(xiàn)了時(shí)速160千米氫能列車的全系統(tǒng)、全場(chǎng)景、多層級(jí)性能驗(yàn)證。列車內(nèi)置的氫能動(dòng)力系統(tǒng)為車輛運(yùn)行提供了動(dòng)力源。試驗(yàn)過(guò)程中，列車每千米實(shí)際運(yùn)行平均能耗僅為5千瓦時(shí)，最高續(xù)航里程可達(dá)1000千米。與傳統(tǒng)內(nèi)燃動(dòng)力市域車輛相比，每列氫能源市域列車全壽命周期可實(shí)現(xiàn)5萬(wàn)噸二氧化碳減排，相當(dāng)于5萬(wàn)輛汽車各開(kāi)5000千米的碳排放量。此外，由于擺脫了接觸網(wǎng)運(yùn)行條件的束縛，氫能源列車可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)存的非電氣化線路區(qū)段，大幅提升市域車輛的應(yīng)用范圍，同時(shí)避免了電氣化改造帶來(lái)的龐大基建投入和維護(hù)成本。

氫能具有能量密度大、獲取方式多樣、制取和使用過(guò)程清潔等特點(diǎn)，是國(guó)家推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)落地的重要新型能源選擇。氫燃料電池在使用過(guò)程中不會(huì)排放污染物；使用效率可以達(dá)到50%，比內(nèi)燃機(jī)的效率高出很多；燃料電池本身比蓄電池更輕，跟燃油車的加注時(shí)間相近；隨著儲(chǔ)氫技術(shù)提升，氫燃料電池汽車可以輕松續(xù)航500千米。

挑戰(zhàn)和難題

氫能源汽車雖然有著巨大的潛力和優(yōu)勢(shì)，但是也面臨著諸多的挑戰(zhàn)和難題。

第一，成本問(wèn)題。目前，氫燃料電池汽車的價(jià)格還很高。燃料電池系統(tǒng)包括了電堆、催化劑、壓縮機(jī)、儲(chǔ)氫罐等部件，其中催化劑通常使用貴金屬如鉑、鈀等，而儲(chǔ)氫罐也需要高強(qiáng)度、高壓力的材料來(lái)保證其安全性。在氫能源汽車無(wú)法實(shí)現(xiàn)低成本量產(chǎn)的前提下，一般會(huì)作為公共服務(wù)車輛使用，例如氫能源列車和冬奧會(huì)接送選手所用的大巴。

第二，基礎(chǔ)設(shè)施問(wèn)題。目前，全球的加氫站數(shù)量還很少，分布也不均勻，往往集中在一些大城市或者示范區(qū)域。用戶在使用氫能源汽車時(shí)會(huì)面臨加氫難、加氫貴、加氫慢等問(wèn)題。

第三，制氫問(wèn)題。目前，大部分的制氫方式都是通過(guò)化石燃料如天然氣、煤等進(jìn)行蒸汽重整，或者水煤氣變換等工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果要實(shí)現(xiàn)真正的零排放和低碳化，則需要采用可再生能源如太陽(yáng)能、風(fēng)能等，進(jìn)行水電解等方式來(lái)制取氫氣，這種方法成本較高，還會(huì)受到可再生能源的供應(yīng)波動(dòng)和地域限制的影響。

要想實(shí)現(xiàn)氫能源汽車的大規(guī)模推廣和普及，還需要政府、企業(yè)、社會(huì)等各方面共同努力，加大技術(shù)創(chuàng)新和政策支持，降低成本和門(mén)檻，完善基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)體系，提高用戶的認(rèn)知和接受度?；蛟S在不久的將來(lái)，我們會(huì)看到更多的氫能源汽車出現(xiàn)在身邊，為我們帶來(lái)更加綠色、便捷、舒適的出行體驗(yàn)。你對(duì)氫能源汽車有什么看法？你認(rèn)為它會(huì)成為未來(lái)的主流嗎？

科學(xué)小實(shí)驗(yàn)

通過(guò)電解水產(chǎn)生氫氣、氧氣，我們可制作出簡(jiǎn)易的氫燃料電池。氫燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，它利用原電池的原理，通過(guò)電解質(zhì)，讓氫氣和氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而產(chǎn)生電流和水。

準(zhǔn)備材料：電解水裝置、學(xué)生直流電源、火柴、帶火星的木條、硫酸鈉固體、純凈水

第一步：往電解水裝置中的玻璃管中注滿硫酸鈉溶液。

第二步：關(guān)閉活塞，接通電源。仔細(xì)觀察，兩個(gè)電極上都產(chǎn)生了氣泡。

第三步： 兩支玻璃管液面下降。陰極與陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體的體積比約為2：1。

第四步： 用燃燒的火柴可以點(diǎn)燃陰極產(chǎn)生的氣體，觀察到氣體燃燒，是氫氣。用帶火星的木條檢驗(yàn)陽(yáng)極產(chǎn)生的氣體，帶火星的木條復(fù)燃，是氧氣。