中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：燃料電池汽車的概念已經(jīng)在社會(huì)中推廣很多年，相比于傳統(tǒng)汽車，燃料電池汽車具有零排放和零污染的特點(diǎn)。另外，燃料電池汽車同時(shí)可以減少人類社會(huì)對(duì)非可再生能源——石油的依賴。隨著燃料電池技術(shù)的發(fā)展，其工作效率可以超過(guò)傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)燃燒效率的兩倍，而且燃料電池固定零件及運(yùn)動(dòng)部件數(shù)量是傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)零件數(shù)量的40%和10%[1]，這就決定其運(yùn)行穩(wěn)定性和維護(hù)簡(jiǎn)便性遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)。燃料電池汽車雖然現(xiàn)階段尚未廣泛普及，生產(chǎn)成本仍然略高、各項(xiàng)技術(shù)有待改進(jìn)，但是無(wú)法否認(rèn)，其優(yōu)勢(shì)給予人們美好的愿景，所以燃料電池汽車必將是社會(huì)藍(lán)圖的重要一部分。
除了燃料電池之外，燃料電池汽車中最重要的部分為儲(chǔ)氫系統(tǒng)。氫氣一般狀態(tài)為氣態(tài)，無(wú)法像汽油一樣在常溫常壓下大量存儲(chǔ)。對(duì)此已經(jīng)存在多種有效的解決方法：現(xiàn)階段在全球廣泛應(yīng)用于燃料電池車的是高壓儲(chǔ)氫技術(shù)，在車載儲(chǔ)氫系統(tǒng)中施加高壓（35-70Mpa）來(lái)儲(chǔ)存5-8kg氫氣。儲(chǔ)氫系統(tǒng)已由2個(gè)碳纖維復(fù)合材料氣罐取代以往的4個(gè)復(fù)合鋼材氣罐，罐內(nèi)氫氣可供應(yīng)汽車平均行駛500公里。盡管這樣的儲(chǔ)氫系統(tǒng)還沒(méi)有做到如同汽車汽油儲(chǔ)罐一樣體積小、重量輕，但是在現(xiàn)階段成本效益是最高的；另一種解決方法是低溫儲(chǔ)氫技術(shù)，將車載氫氣降溫至 -253°C （-423°F）。因?yàn)闅錃庠谝簯B(tài)時(shí)密集度最高，儲(chǔ)量會(huì)高于高壓儲(chǔ)氫。但是，低溫儲(chǔ)氫技術(shù)仍存在一些難點(diǎn)需要攻克，例如氫氣蒸發(fā)、氫氣液化耗能高和低溫儲(chǔ)罐成本高等；近年來(lái)，固體吸收儲(chǔ)氫成為一種新的高效儲(chǔ)氫方式受到廣泛關(guān)注。使用該技術(shù)的儲(chǔ)氫系統(tǒng)具有體積小、重量輕的特點(diǎn)，被認(rèn)為是長(zhǎng)期儲(chǔ)氫的最好的解決方法。梅賽德斯奔馳（Mercedes-Benz）推出一種新型燃料電池汽車，型號(hào)F125，使用的儲(chǔ)氫技術(shù)為“金屬-有機(jī)物框架儲(chǔ)氫技術(shù)（MOF）”。該技術(shù)利用多空金屬結(jié)構(gòu)高效吸收或釋放所需的氫氣。隨著該技術(shù)的發(fā)展，有希望10年后取代高壓儲(chǔ)氫技術(shù)，使燃料電池汽車行駛的更遠(yuǎn)、更安全。
對(duì)于燃料電池汽車的普及，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)至關(guān)重要。廣泛應(yīng)用于精煉廠至加油站的石油運(yùn)送系統(tǒng)顯然不適合應(yīng)用于氫能源。為了生產(chǎn)、運(yùn)輸和為大量用戶加氫，必須建立新的加氫、儲(chǔ)氫和運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。美國(guó)屬于燃料電池汽車發(fā)展在世界前列的國(guó)家，根據(jù)2013年美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[2]，全國(guó)正在運(yùn)行的公共加氫站13個(gè)，其余實(shí)驗(yàn)性、企業(yè)或其他私人加氫站數(shù)十個(gè)，計(jì)劃建設(shè)中的加氫站超過(guò)20個(gè)，私人燃料電池汽車數(shù)量近1500輛，預(yù)計(jì)2015-2017年，燃料電池汽車與公共加氫站數(shù)量將急速增長(zhǎng)。而對(duì)我我國(guó)，現(xiàn)階段使用中的加氫站僅有2個(gè)（上海安亭加氫站與北京加氫站），燃料電池汽車主要為公共交通車輛。但是，為減少汽油能源依賴性以及改善環(huán)境問(wèn)題，國(guó)家近幾年發(fā)布各項(xiàng)政策（包括“863”、“973”等科技項(xiàng)目以及國(guó)家財(cái)政部文件[3]）大力推動(dòng)新能源發(fā)展，其中包括高額獎(jiǎng)勵(lì)加氫站的建設(shè)。
如果沒(méi)有足夠的加氫站，沒(méi)有人會(huì)愿意購(gòu)買(mǎi)燃料電池汽車。所以，燃料電池汽車普及過(guò)程中非技術(shù)性環(huán)節(jié)的挑戰(zhàn)是顧客如何能夠方便快捷的進(jìn)行加氫。對(duì)于這種現(xiàn)狀，除大力建設(shè)加氫站基礎(chǔ)設(shè)施外，民用微電網(wǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)加氫站是有希望的解決途徑之一，如圖一所示。民用微電網(wǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)加氫站為私人家庭使用，通過(guò)太陽(yáng)能或風(fēng)能產(chǎn)生電力，使用電水解制氫技術(shù)制氫或天然氣重整制氫技術(shù)，其聯(lián)合設(shè)計(jì)可為民居提供供冷/暖氣和電力，為燃料電池汽車供應(yīng)氫氣燃料。使用電水解制氫的微電網(wǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)加氫站不僅可以為汽車提供能源、為民居供電供暖，同時(shí)二氧化碳的排放為零。就算是用天然氣重整制氫方法，與以前傳統(tǒng)生活方式相比，二氧化碳排放量也會(huì)降低30%。
圖一：民用微電網(wǎng)熱電聯(lián)產(chǎn)加氫站示意圖
當(dāng)今社會(huì)，越來(lái)越多的企業(yè)認(rèn)同燃料電池汽車在不久的將來(lái)會(huì)普及到社會(huì)的每一個(gè)角落，并且近幾年業(yè)界意識(shí)到加氫站建設(shè)的重要性，開(kāi)始投入大量資金、科研力量對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)和建造，其中包括巴拉德動(dòng)力公司（Ballard）、本田汽車公司（Honda）、安思卓科技公司（Verde）等。其中安思卓公司的技術(shù)及產(chǎn)品十分引人關(guān)注，如圖二所示[4, 5]，其產(chǎn)品利用風(fēng)能、太陽(yáng)能不連續(xù)性的特點(diǎn)，對(duì)富裕可再生能源進(jìn)行智能化電水解制氫，提高可再生能源利用率，解決可再生能源發(fā)電無(wú)法并網(wǎng)能源浪費(fèi)的同時(shí)，生產(chǎn)氫氣以解決燃料電池燃料供應(yīng)問(wèn)題，而且做到了二氧化碳零排放。同時(shí)，公司針對(duì)加氫站開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)試驗(yàn)樣機(jī)已在美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室開(kāi)機(jī)運(yùn)行。隨著技術(shù)的發(fā)展，公共與私人加氫站的廣泛建立，燃料電池汽車必會(huì)在全球廣泛普及。
圖二：加氫站加氫設(shè)備示意圖
對(duì)于氫燃料汽車的普及，一般大眾還會(huì)關(guān)注什么問(wèn)題？顯而易見(jiàn)，安全性、購(gòu)買(mǎi)成本及保養(yǎng)成本會(huì)是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，汽車燃料電池的成本從2002年的每千瓦248美元降至2010年的每千瓦42美元[6]。本田（Honda）、豐田（Toyota）、奔馳（Mercedes-Benz）等多個(gè)汽車制造商均在這幾年推出燃料電池汽車進(jìn)入市場(chǎng)，汽車售價(jià)已低至45,000美元，并提供用戶8年/100,000英里的保修。通過(guò)Adzic等人的研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變、優(yōu)化燃料電池催化劑會(huì)大大延長(zhǎng)燃料電池的壽命和可靠性。盡管人們對(duì)燃料電池汽車的安全性可能存在疑問(wèn)，但是實(shí)際上，燃料電池汽車和傳統(tǒng)汽油內(nèi)燃機(jī)汽車的安全性是接近的，燃料電池汽車甚至更安全：豐田公司[7]對(duì)其車載儲(chǔ)氫罐進(jìn)行了槍擊測(cè)試，小口徑手槍無(wú)法穿透儲(chǔ)罐，而50毫米槍支（M2或狙擊步槍）僅穿透儲(chǔ)罐發(fā)生氫氣泄漏，無(wú)爆炸。對(duì)于新事物，我們只是需要時(shí)間讓公眾接受。
毋庸置疑，在下面三五年內(nèi)，燃料電池汽車及加氫站將越來(lái)越多出現(xiàn)在我們的日常生活中。我們堅(jiān)信20-30年后，燃料電池汽車會(huì)作為主要地面交通工具最終取代傳統(tǒng)汽油內(nèi)燃機(jī)汽車，對(duì)于飛機(jī)或輪船使用燃料電池技術(shù)的年代也不會(huì)久遠(yuǎn)。第三次工業(yè)革命正在悄然發(fā)生中！
參考文獻(xiàn)：
1. http://www.gmfleet.com/overview/alternative-fuel-vehicles.html
2. http://www.afdc.energy.gov/fuels/stations_counts.html
3. 《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的指導(dǎo)意見(jiàn)》（國(guó)辦發(fā)〔2014〕35號(hào)）
4. http://www.verdellc.com/JInnovation.asp
5. http://www.verdellc.com/JPress.asp
6. USDOE, Hydrogen Program: Program Records 5005, 8002, 8019, 9012, and 10004.
7. https://parts.olathetoyota.com/fuel-cell-myths.html
