氢燃料电池汽车的秘密

在2013年洛杉矶和东京举办的汽车展上，三家汽车制造商——本田、现代和丰田称，氢燃料汽车有望于2014年春季问世。这个此前仅存在于汽车工程师闲聊中的未来燃料，似乎已经离我们不远了。

氢燃料与汽油、柴油、煤油和天然气等传统碳氢燃料不同，因其不含碳成分而备受关注。因此，氢燃料在燃烧后不会产生含碳的温室气体，至少在汽车发动机内不会直接产生。然而，如果氢燃料在大气环境中而非纯氧气环境中燃烧，会生成有毒的氮氧化物。这是一种比二氧化碳更具破坏性的温室气体，其对环境的危害更大。

有鉴于此，无需燃烧过程、从氢气中提取化学能的燃料电池进入汽车工程师的视野。燃料电池的工作原理是反向电解。通常电解是用电将水分解成氢和氧，反之把混合的氢氧通过电化学反应生成水，从而产生电流。因此，燃料电池的排放物仅有水蒸气和热量。

以最简单的PEM（质子交换膜）燃料电池为例，在正负两极间，用镀有铂钯催化剂的高分子膜作电解质。燃料箱中的氢被泵入到电池正极，负极则由空气中提取的氧包围着。

由于一个PEM电池只能产生不到1伏的电压，因此需要做成类似切片面包似的电池组件才可产生有效电压。

数据显示，燃料电池组的效率可以达到内燃机的3—4倍。更重要的是，使用这种燃料电池的主要对象是电动汽车，避免了车体安装笨重的电池，从而解决了电动汽车的两大缺陷：行驶距离较短；充电时间较长。

车载的最新燃料电池，1罐氢气可以保证汽车行驶300英里（约480公里），燃料箱补充水时仅需5分钟。值得注意的是，就像传统电动汽车一样，燃料电池汽车也是零排放汽车（ZEVS）。

燃料电池的另一个优点是其成本下降的速度。目前已耗资几十亿美元的充电电池——锂离子技术，看起来短期不会有太大进展，其发电成本高达2000美元/千瓦。燃料电池在这方面有着极大潜力和优势。

不过，广泛应用PEM的障碍在于电解质成本高，但是如果能找到廉价，性能堪比铂钯电解质，且在氢气里不易受杂质（如二氧化碳）污染的其他替代物，那么这个问题就会迎刃而解。

此外，氢气的供应也是一个难题。美国目前约有100个氢气供能站，但大部分面向工厂、军队、政府部门和出于私人用途的研究机构，向公众开放的寥寥无几。尽管，加州计划未来十年斥资2000万美元建造100座加氢站，但在全国范围内新建加氢站预计将耗资200亿美元。

再往上游看，目前工业氢能（用于炼油原料）由蒸汽加工天然气法而来。该过程并不清洁。美国国家可再生能源实验室称，科罗拉多州的联邦研究机构用蒸汽法生产1千克氢气，便生成11.9千克二氧化碳。以本田Clarity车为例，行驶能力为68英里/千克氢，意味着会有175克/英里的二氧化碳废气排入大气。

相比之下，大众的小型柴油车废气排放145克/英里，丰田普锐斯汽油—电动两用车废气排放167克/英里，这些都要比燃料电池汽车更加清洁。