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1 # 張家小智兒
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2 # 史海淘金客
淘金客說:題主的問題實際上是兩個:1、液態氫能代替液態天然氣嗎?2、燃燒氫氣好還是用氫燃料電池好?以下我儘量用最容易理解的方式,倒過來說一下這兩個問題。也可以直接看最後的結論。
為什麼用氫燃料電池?其實很簡單,因為氫燃料電池效率更高。氫氣進入燃料電池,直接透過化學反應就產生電能,沒有中間環節。氫的化學能到燃料電池輸出的電能,淘金客本人親自測試過的最高效率能達到60%!其餘的能量變成熱能。而且通常的規律是負載越低效率越高,因為這個過程中產生的熱越少。即使只算髮電效率50%(此時燃料電池的負載已經比較大了),電動機的效率也比較高能到90%,最終到車輪上動能有45%。
燃燒氫氣的效率低得多,用氫作燃料效率會高一些,但熱機效率到頂也就是卡諾熱機,汽車用的發動機還是按效率更低一些的Alto迴圈和狄塞爾迴圈來設計的,效率更低,汽油機就是36%,柴油機高不了多少。透過變速箱輸出到車輪上還會有損失,最終到車輪上……
燃燒氫氣有過嗎?燃燒氫氣並不是沒有,火箭發動機就是燃燒氫氣,因為液氫發動機的比衝值是所有化學能火箭發動機中最高的,沒有之一。比衝這個概念嘛,簡單說就是把1千克質量的物體在1秒內推動的距離,看誰用的燃料越少,則比衝值越高,單位是米/秒。再說明白一些,同樣是把1噸重的衛星送進相同的軌道,液氫發動機消耗的燃料是最少的(不跟電磁推進器比啊)。
另外液氫發動機用另外美蘇都有過用氫氣驅動噴氣式發動機的想法,也是準備用在超音速飛機上,但最後發現一個問題:液氫重量雖然輕,體積還是太大了。用在飛機上,體積意味著阻力大,用在汽車上,佔去的空間大……在火箭上也不全用液氫,這個問題也是原因之一。題主提的燒氫的汽車以前就測試過如下圖,波音最近還推出的氫動力無人機如下下圖,也是燃燒氫氣的發動機,主要是因為排放很乾淨很環保……
液氫能代替液態天然氣嗎?相差太遠了,天然氣沸點是零下161度,而氫的沸點是零下252.78度,已經接近絕對零度啦。因此儲存液氫需要極好的隔熱條件,而且每天通常要蒸發掉1%以保證低溫。火箭上的液氫可以發射前加註,不需要儲存很長時間,家用汽車要是加上一箱液氫,放在車庫裡一週不用的話,就會有損失,而且損失的氫還要及時排出去,否則家裡隨便一個火星……這樣用著實在讓人太擔心。
另外前面說過液氫太輕了,體積能量密度很低。按重量算熱值比液化天然氣高一倍多,但是按體積算就只有液化天然氣的幾分之一了!儘管比現在氫燃料電池汽車上的高壓氫能量密度要高,但如果算上隔熱容器,就很難說了……火箭上之所以能用液氫,還有個原因是一次裝得多,所以比較划算——這個容易理解吧?燃料的量越大,容器的壁厚都差不多,所以容器在整個燃料系統中佔得比值就越小……感受一下下圖這個大眾用在汽車中的儲氫罐,目前還不確定裝的是體積最小的液氫還是略大一些的高壓氫……
結論一、氫燃料電池的效率比燃燒氫的發動機高很多,所以要用它。多虧燃燒電池效率高,所以很大程度上彌補了氫的體積能量密度很低的弱點,氫燃料電池汽車的續航距離還能做得不錯。
二、液氫代替液態天然氣有困難,民用產品很難以很低的價格,長時間儲存那麼低溫度的液氫。
三、汽車上空間有限,液氫的體積能量密度低於液化天然氣,所以使用起來有麻煩。
四、就淘金客來看,目前氣態氫、液氫存在的問題,是導致氫燃料電池汽車難以推廣的重要原因,必須想一些其它方法,比如化學儲氫技術等等。
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3 # 精彩影片片段餘小波
據瞭解,目前中國國內的氫燃料電池汽車以使用氣態氫氣為主,尚未量產使用液態氫氣的氫燃料電池汽車。但這一局面將可能在未來被打破。@新浪南方能源頻道 獲悉,一家上海的能源企業正計劃研發製造以液氫為燃料的氫燃料電池汽車和加氫站。
為什麼目前的氫燃料電池汽車都不使用液氫?液氫為燃料的氫燃料電池汽車有何優勢與困難?這一技術在未來是何前景?
技術難裝置貴缺指引,國內廠商難嘗試
據瞭解,目前國內可見的氫燃料電池汽車基本上都以氣態氫為燃料,如長江汽車的燃料電池電池大巴、佛山飛馳汽車氫燃料電池客車等。廣東泰羅斯汽車動力系統有限公司總經理張銳明表示,氣氫燃料電池汽車的技術已經比較成熟,可以進入商用階段,但液氫燃料電池汽車技術還不夠成熟,且成本高昂,所以氫燃料電池汽車的生產企業大都不選用液氫為燃料。
張銳明表示,若要以液氫為燃料來驅動燃料電池汽車,那首先得把氣態氫液化為液態,這得需要有—253℃的低溫和較高的氣壓環境,且製成後需要效能優異的絕熱、抗壓容器來儲存,不然洩露蒸發量甚大,難以為汽車動力系統使用。
一方面技術要求很高,另一方面,這些材料和裝置的成本頗為高昂,做出來的汽車售價恐怕非汽車市場客戶所能接受。所以張銳明坦言,液氫燃料多用於太空梭級別的交通工具,用於一般的汽車還比較少見。
在加氫站方面,使用液氫為汽車加註燃料也非易事。上海氫楓能源技術有限公司總經理助理田麗莉表示,目前的加氫站以加註壓縮氫氣為主,沒有使用液氫。原因除了技術難以實現和裝置昂貴外,還有就是缺少相關的技術標準和政策規範。田麗莉認為,在國內出臺詳細的液氫加氫站規範前,他們都不會涉足這一領域。
新技術新優勢,有企業欲突破空白
對於為什麼選用液氫為燃料的氫燃料電池汽車,鄭先生表示有兩大原因:
一、在使用壓縮氫氣方面,中國存在明顯短板。如製造高壓氫氣瓶的碳纖維材料價格較高,中國企業對此缺少市場定價權;在高壓壓縮機方面,中國企業目前也沒有達到日韓企業的技術水平,購買的話費用也不匪;中國企業一直以來是採用35兆帕的氫氣瓶,相關標準近兩年已被修改,但是廠家的製造工藝改進尚需要時間適應。
二、液氫運輸更方便建站更便宜。傳統的氫氣運輸方式是採用拖管運輸車來運輸氫氣,而一輛液氫運輸車所運輸的氫氣量,相當於8到10輛這樣的拖管運輸車,遠距離運輸的成本優勢,能輕鬆體現出來。此外,建造液氫加氫站,比建造壓縮氫氣站,可以省下15%到20%的投資費用。
三、液氫相對更安全。壓縮氫氣若洩漏,壓縮氣體需要迅速尋找空間,來釋放壓力;液氫是常壓,即使液氫氣瓶洩漏,液氫流到地上,會迅速在一到三分鐘內氣化,氣化需要吸收熱量,將空氣中的水蒸氣迅速冷凝,形成雲,隔絕氫氣,不讓其與空氣中的氧氣,生成可爆炸氣體,因而比壓縮氫氣更安全。(編者注:但這些特點目前並未得到權威證實。有專家指出,液氫儲存條件苛刻,技術不達標反而容易洩漏,且洩漏後急劇膨脹,更容易引起爆炸。氫氣的使用安全取決於多方面條件,目前難有“更安全”之說)
就大眾疑惑的液氫儲存和使用的技術問題,鄭先生表示,他們已經有了成熟的保溫保冷技術,能讓液氫的日蒸發量維持在千分之一到千分之二之間。他們研製的液氫儲罐,能放置在卡車內,並讓卡車續航能力行駛1700公里。
但對於如何實現以上目標資料,具體的裝置效能及產品外觀,鄭先生以商業機密為由,不作公佈。
此外,該公司團隊還計劃未來在北京與上海、深圳和武漢,武漢和成都之間各建設一條液氫燃料電池卡車的運輸線路。這三條運輸線沿途將建設四到六座液氫和35兆帕、70兆帕的壓縮氫氣聯運加氫站。
有方向有新品,產業方向可關注
對此訊息,有相關專家表示,液氫作為一種技術方向和商業模式值得行業內企業去關注和了解,但國內還沒有相應的實物出現,那就不能認為這是真正的商業化產品。
事實上,早在2016年北京派瑞華氫能源科技有限公司副總經理何文就曾公開表示,中國都是以氣態儲存氫氣,但在未來,液氫會是一個發展方向。因為歐美、日本很多地方用的都是液氫,氫氣的運輸是以液態來完成。
北京中科富海低溫科技有限公司技術總監熊聯友也在第一屆中國(佛山)國際氫能與燃料電池技術及產品推介會系列活動上介紹,全球目前加氫站有將近400座,其中1/3為液態加氫站。相比氣氫加氫站,液氫加氫站具體有液體儲氫密度高,儲運成本低,儲存壓力低和更安全的特點。熊聯友認為,液氫運輸與儲存在未來的氫能產業鏈中將越來越重要,是FCEV(燃料電池電動汽車)規模化應用的必然手段。
美國尼古拉液氫卡車 Nikola One
據美國媒體2018年1月26日報道,美國尼古拉(Nikola)卡車公司釋出了一段影片,顯示了氫燃料半掛式電動卡車Nikola One的道路測試情況。報道稱,Nikola One具有強大的320kWh超大電池組和氫燃料電池增程器,充滿電、加滿燃料後可續航500-1000英里(804公里-1609公里)。
該公司創始人兼CEO特雷弗·米爾頓表示,該車使用液氫加註,加滿一箱液氫可使卡車平均行程可達到800英里(約1287公里)。
南韓液氫燃料電池車 Hyundai Nexo
在2018年1月4日舉行的消費性電子展上,現代汽公佈了其液氫燃料電池車Hyundai Nexo。據稱,該車的NEDC工況續航里程為500英里(約合805公里),加氫一次便可行駛800公里,更重要的是,只需要5分鐘便可把氫氣加滿。此外,該車一改此前ix35氫燃料電池車的雙儲氫罐設計,取而代之的是由三個相同尺寸儲氫罐組成的儲氫裝置。
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4 # 柴油機內永恆之力
傳說,中國有齊天大聖。中國有鳳凰。一定有龍珠。這是真的。
無盡能源只在中國。一直沒有出國。
當1=億,你要多少能源沒有。
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5 # 油氣話壇
作為汽車新能源的應用行業,目前比較火爆的是氫燃料電池汽車,很多大的投資都進入了這個行業。氫氣可像天然氣那樣直接用於發動機,它燃燒後生成水,不排放CO、HC、CO2,是非常乾淨的燃料。
1.氫氣用作汽車能源的主要優點
(2)汙染很少。
(3)熱效率高。
2.氫氣用作汽車能源的主要問題
(1)成本高。地球上氫氣儲量固然豐富,但以目前的技術,製取氫的成本太高。
(2)儲帶不便。氫氣在汽車上的儲帶十分不便。
(3)動力性較差。
氫氣作為汽車燃料是合理的,它的前景取決於制氫方法、攜帶技術有無突破性進展。氫氣還是燃料電池的燃料。
這就涉及到氫的理化性質方面。
常溫常壓下,氫氣是一種極易燃燒,無色透明、無臭無味且難容於水的氣體。氫氣是世界上已知的密度最小的氣體,氫氣的密度只有空氣的1/14,即在0℃時,一個標準大氣壓下,氫氣的密度為0.0899 g/L。氫氣是密度最小的氣體。空氣平均密度為29,而氫氣只有2。氫氣會上浮到高層大氣,在高壓環境下,氫氣會自燃。因此在自然界空氣中存在氫氣是很困難的。
既然有這麼好的燃料,自然界又很少存在,用什麼辦法來獲取呢?
工業上一般從天然氣或水煤氣制氫氣,而不採用高耗能的電解水的方法。製得的氫氣大量用於石化行業的裂化反應和生產氨氣。氫氣分子可以進入許多金屬的晶格中,造成“氫脆”現象,使得氫氣的儲存罐和管道需要使用特殊材料(如蒙耐爾合金),設計也更加複雜。2018年2月,中國實現氫氣的低溫製備和儲存,榮獲科技部2017年度中國科學十大進展。
氫氣的儲存:由於氫氣是一種易燃易爆的氣體,難液化,儲存和運輸不方便也不安全。如何儲存氫氣是氫能源開發研究的又一關鍵問題。目前,人們發現某些金屬合金如Ti—Fe、Ti—Mn、La—Ni等具有儲氫功能。其中La—Ni合金在常溫、0.152MPa下就能放出氫氣,已用於氫能汽車和燃料電池中氫氣的儲存,新型儲氫型合金材料的研製和實際應用對氫能源開發具有重要意義。
基於多種因素的考慮,現在暫時不用氫氣做燃料,不過相信在不遠的將來,會克服種種難題,找到解決的辦法。
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6 # IT民工Jason
直接燒氫也會有排放汙染,而且能量轉化率不高普遍不超過40%然而做成燃料電池即無汙染,轉化率也能達到90%左右
現在可以看到大巴和計程車都可以掛個液態天然氣罐子做動力源,直接把液態天然氣換成液態氫氣,就不用搞複雜的氫燃料電池,為什麼現在都在提氫燃料電池?而不是提更簡單的液化氫氣?
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嗯,一眼看來確實是挺有道理的,不過仔細深究一下,就會發現有幾個無法避免的問題限制了這種操作的可行性。
首先,氫更貴。道理很簡單,天然氣在地球上廣泛存在,挖個坑,插根管,天然氣就到手了。即便沒有現成的,各種化工廠乃至於隨便建個沼氣池,都能獲得天然氣。所以,天然氣的成本就降下來了。但氫氣不同,大家都知道氫氣製備最主要的方法就是電解水,在這個過程中需要消耗大量的電能,就這一點就確定了,氫氣的成本比天然氣的成本要大的多。
其次,直接把天然氣換成氫氣也是不現實的。天然氣在罐內的狀態十分穩定,但氫氣就不一樣了。有一種叫做"氫脆"的現象,通俗地講,就是氫有可能對罐體造成一種類似腐蝕和使罐體變性的現象。而罐內壓力巨大,一點點細小的變化都可能造成嚴重後果。所以現有的天然氣罐用來儲氫是不可以的。而氫的儲存本身就是一個限制氫成為車輛燃料的重要因素。
最後,氫燃料電池的效率比單純的燒氫要高的多的多。據說是傳統內燃機的二到三倍!這意味著同樣的燃料、車重,氫燃料電池能比傳統汽車多跑二到三倍的路程!這是一個極大的誘惑。如果氫燃料電池成本大規模下降,這幾乎是車輛的必然選擇了。所以,除非氫氣成本大幅下降、高密度儲氫技術獲得重大突破而氫燃料電池成本依舊居高不下,否則人類應該是不會製造燒氫氣的汽車的。