新能源汽车之氢发动机
孙广东
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孙广东,. 新能源汽车之氢发动机[J]. 低碳研究,20232. DOI:10.12721/ccn.2023.157014.
摘要: 伴随着汽车数量的增加以及全球原油的不断消耗;汽车排放的废气加重了这座城市的大气污染。世界上许多国家都在想尽一切办法减少汽车的燃油消耗量,并努力研发替代洁净燃油与新能源,以缓解我国对燃油的过度依赖与汽车废气的污染。为了减轻石油供求冲突及环境问题,国家也已经相继制定了一系列鼓励节约、环境保护和新能源汽车开发的政策。
关键词: 新能源汽车;氢发动机;发展趋势
DOI:10.12721/ccn.2023.157014
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伴随着科学技术的发展,以及人民的生活水平的提升,能源问题在世界范围内引起了日益广泛的关注,因此,寻求并开发绿色能源成为了世界范围内的一个热点问题,也成为了新能源发展的一个方向。汽车的驱动方式也逐渐趋向于采用洁净的能量,而氢能始终是最大的一种能量来源,因此,在解决汽车的能量供应问题时,氢气就成为了一种洁净的能量来源。当前,全球各大汽车业大亨都在积极开发新型的汽车能源。

一、简述汽车对全球环境及能源问题产生的影响

(一)汽车对环境的污染

在大气污染中,一部分有害成分是由汽车所产生的。自20世纪40年代起,美国洛杉矶、日本东京相继爆发了一系列的光化学雾霾,给当地人民带来了严重的生命伤害,给当地带来了严重的经济损害。汽车排放的污染物大部分来自于汽车引擎。废气中的主要组成是CO2、H20、02、N2等,是燃油和空气充分燃烧的产品,是对人体无害的。另外,废气中未完成的不完全燃烧及燃烧的中间体有 CO, HC, NO一些物质如铅化物、油雾等,以及臭气(甲醛)等会对人类健康造成危害。

(二)汽车噪声污染

汽车造成的环境污染,不仅造成空气的污染,而且还造成噪音的污染。由于汽车向着高速化、高动力化方向发展,公路上的噪音已经成了许多大城市中最重要的噪音来源。其中,汽车噪音占据了总噪音的80%。交通工具的噪音对交通工具的噪音是最大的。噪音对人体及生态系统都有很大的影响,噪音太大会引起人们的厌烦情绪。

(三)汽车对能源的影响

当前,汽车使用的大部分能量都来自于非可持续的矿物能量。通过估算,以当前全球的能量消耗来衡量,以现有的已知资源储备及每年开发情况来看,当前占主导地位的原油可供使用41年,而燃气可供使用63.4年。然而,伴随着人类社会的不断发展,全球范围内的能量消耗也呈现出迅速增加的态势。随着我国社会对汽车需求的不断增长和资源的不断枯竭,人们迫切需要找到一种新型的汽车燃料。因此,发展新能源汽车已是当务之急,是要从根本上缓解我国面临的环境问题,实现经济可持续发展。

二、我国氢能源汽车发展现状及研究

(一)中国氢能源汽车的发展战略

随着中国新能源汽车技术的快速发展,“十五”时期,国家从保障能源安全,改善大气环境,提升我国汽车产业竞争力,实现我国汽车产业的跨越发展,提出了“新能源汽车技术创新”的设想,并以国家、地方、企业、高校、科研院所为依托,开展了“新能源汽车技术创新”的研究。

“以运输行业为主,在氢能源的发展上有着良好的工业基础。但是,氢气和氢气并不是一个概念,也不是一个概念,更不是一个概念,”研究员景春梅,同时也是中国国际经贸中心的能源政策研究部主任。景春梅表示,目前,全国的二氧化碳排放量占到了80%以上,而氢的消耗也占到了80%以上。根据中国氢能源联合会公布的数字,到2030,中国的产业用氢需求将达到3559万公尺,比运输用氢需求的1560,000公尺要多得多。到2060年,运输部门需要40510,000公尺的氢,而工业部门需要77940,000公尺的氢。

(二)我国氢能源发展的现状

2004年11月,在北京举行了一次关于863号新能源技术研究的研讨会,会上的专家和专家都表示,虽然大部分的新燃料技术都取得了突破性的进展,有的已经超越了世界领先水平,但总体而言,距离美日欧等发达国家,还有很长的一段路要走。从世界范围来看,世界前五位主要的汽车制造商,其中有通用,丰田,本田,奥迪和大众,他们都发布了自己公司的最新款氢气驱动车辆。宝马公司在2008年的中国国际氢能及能源产业发展大会上发布了其以氢动力汽车。

(1)以氢气为动力的汽车引擎分为两类:一类是以氢气为动力的引擎,一类是以氢气为动力的引擎,另一类是以燃料为动力的引擎。以氢气为动力的内燃机有两种,一种是以氢气作为动力的内燃机,另一种是以氢气作为动力的内燃机。在原有汽油引擎基础上,对其进行合理改造,使其可以在汽油中燃烧。(2)制氢技术,当前,生产氢气的技术主要有:使用的化学能源生产氢气,包括,烃的分解和氧化重整,烃的氧化和煤粉的汽化,这些都是以前和现在使用的最广泛的一种。在这些技术当中,最吸引人的就是使用无穷大的太阳光去裂解水来生产氢气;利用微生物发酵、藻类光合作用等进行产氢。前者存在能耗高、污染严重等问题,后者具有能耗低、环保等优点。(3)储氢技术,储氢技术是利用氢能的关键问题之一,同时也是将氢气作为燃料的最大障碍之一。这是由于在大气压力下,氢气以气体形式存在,并且其质量非常轻,只有大气的1/14。

三、氢能源动力汽车优劣势

随着我国氢能源技术的快速发展,我国氢能源技术的发展已进入了一个新的阶段。氢能是一种具有重要意义的新型能源,因此,在全世界范围内,氢能的使用一直都是备受关注的对象。而在氢能的使用和推广方面,我们也已经在氢能的使用和推广方面,持续地获得了新的发展,并已经对其关键零件等核心技术进行了初步的研究。伴随着对氢能的基础设施的日益健全,同时,对氢能产业链的公司也加快了对其进行补链和强化的步伐,因此,将氢燃料电池汽车推向了更多的场景,并为其带来了更大的发展空间。

当然,氢能车辆最大的优点就是环境友好,因为它的燃烧过程中不会消耗任何热量和水分。此外,氢能车辆还存在着一些不足之处,例如:1.制备氢的成本比较高,成本比较高。现有的电解水制氢法、水蒸气制氨法、油品热裂解后的合成气与天然气联合生产、电解质与食卤水副产物氧气等,由于成本较高,而无法大规模应用。2.储藏和运输氢气。要想实现氢的加载,就必须使用高压的加压设备,而且在运送时,还必须维持在较低的温度,这会造成大量的能源损耗,因此从能源效率上来说,现在的氧能车辆,并不符合要求。3.设备不完备。在氢能车辆的带动下,世界上只有27个新的供氧点,然而,高昂的供能费用让很多企业都放弃了这个想法。很显然,氢能车辆并没有太大的优势,除非它的技术足够先进。

 四、氢能电池车发展空间巨大

统计数据表明,在中国,截止到今年八月份,拥有了1,138台使用的燃油电池车辆。中国汽车工业协会发布的《节能与新能源汽车技术路线图2.0》指出,我国在2035年前,拥有约一百万台氢气动力车辆,具有广阔的发展前景。

北京清华大学产业发展研究所付小龙副所长表示,目前,国内已在氢燃料电池及其关键零部件、动力系统、整车集成以及氢能源基础建设等领域取得了初步进展,并已初步建立起氢能源生产、储运、加注、燃料电池、应用等全链条的完整产业链,但在液氢、加注设备、燃料电池基础原料以及关键零部件等领域,与国际先进技术存在较大的距离。

“到现在为止,我们的核心零部件和催化剂都还需要从国外购买。另外,当前国产的氢气电池堆芯使用时间大约在10,000-20,000个钟头左右,与国际上20,000-30,000个钟头的标准相比还有很大的距离,所以我们应该将重点放在提升其使用时间上。”

结语

当今,随着全球日益严重的环境与资源危机,人们不断地开发新的替代燃料与新的能量来源,以提升燃油利用率。在新能源的发展方向上,可以将其划分成三个时期:在短期内,主要是对常规的内燃机进行新技术的发展,并采用新的替代能源;在中期,主要是对新型的混合动力车进行研发,以实现对燃油经济性、排放等方面的大幅下降;中长期目标是发展可再生的无公害可再生的新型电力及燃料电池汽车。

参考文献

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