伴隨著精彩絕倫的“北京8分鐘”的上演，2018年平昌冬奧會(huì)落下了帷幕。
現(xiàn)代體育賽事的舉行，離不開(kāi)科技的支撐。在本屆冬奧會(huì)上，為了方便觀(guān)眾出行，主辦方專(zhuān)門(mén)投放了6輛無(wú)公害的氫燃料電池公交車(chē)：亮白的主色、藍(lán)色的線(xiàn)條、綠色的內(nèi)飾以及真正“零排放”的實(shí)現(xiàn)，無(wú)一不向人們傳達(dá)著可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保理念。
而在人們最為關(guān)注的續(xù)航方面，它的表現(xiàn)同樣令人驚喜：在8個(gè)氫氣罐全部充滿(mǎn)、載滿(mǎn)乘客的情況下，續(xù)航里程可達(dá)到420公里；而與其相對(duì)的，注滿(mǎn)氫氣卻只需要10~15分鐘。
充電快、跑得久、零污染，氫燃料電池車(chē)憑借著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，讓人們無(wú)法對(duì)它說(shuō)“不”。
真正“零排放”
很多人都將燃料電池視為一個(gè)新鮮事物，殊不知它已經(jīng)有著180歲的高齡了。
1838年，一位德國(guó)化學(xué)家最早提出了燃料電池的原理。幾年之后，有著“燃料電池之父”之稱(chēng)的Willian Robert Grove發(fā)表了一個(gè)原理圖，同時(shí)提出了“氣體電池”的原始模型。而他使用的實(shí)驗(yàn)裝置也被認(rèn)為是燃料電池的第一個(gè)裝置。
實(shí)際上，在20世紀(jì)50年代以前，燃料電池一直處于理論與應(yīng)用的基礎(chǔ)研究階段，直到20世紀(jì)60年代，伴隨著載人航天對(duì)于大功率、高比功率與高比能量電池需求的急劇增長(zhǎng)，燃料電池才慢慢引起軍工部門(mén)的高度重視。
在眾多燃料電池中，氫燃料電池受到的關(guān)注最多。其實(shí)，氫燃料電池發(fā)電的基本原理就是電解水的逆反應(yīng)。
在催化劑作用下，電池陽(yáng)極上的氫分解為質(zhì)子和電子，帶陽(yáng)電荷的質(zhì)子穿過(guò)隔膜到達(dá)陰極，而帶陰電荷的電子則在外部電路運(yùn)行，從而產(chǎn)生電能；在陰極上的氧離子在催化劑作用下和電子、質(zhì)子發(fā)生化合反應(yīng)，進(jìn)而生成了水。電池組通過(guò)像這樣大量串聯(lián)的燃料電池，就可以產(chǎn)生足夠的電能來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車(chē)。
就發(fā)電過(guò)程而言，氫燃料電池與普通電池有很大的區(qū)別：普通電池屬于一種儲(chǔ)能裝置，它們把電能貯存起來(lái)，在需要時(shí)予以釋放；而氫燃料電池則更像是一種發(fā)電裝置，即把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。
在氫燃料電池工作過(guò)程中，除了消耗氧氣和氫氣之外，沒(méi)有其他的能源消耗，而電和水則是最終產(chǎn)物。正因如此，氫燃料電池車(chē)被認(rèn)為是真正實(shí)現(xiàn)了“零排放”的環(huán)保交通工具。
蓬勃發(fā)展
20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，作為解決環(huán)境污染和能源供需問(wèn)題的重要渠道之一，燃料電池車(chē)受到了空前重視，各國(guó)不約而同投入大量的人力物力，研發(fā)燃料電池車(chē)。
目前，美國(guó)依然是燃料電池車(chē)最大和增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)之一。而這一成績(jī)的取得，離不開(kāi)美國(guó)能源部不遺余力地推動(dòng)。
2010年，美國(guó)能源部制定《氫能源計(jì)劃》，推動(dòng)氫與電一起成為主要能源載體；2015年，美國(guó)國(guó)會(huì)為美國(guó)能源部氫和燃料電池項(xiàng)目撥款約1.17億美元，另外還有3000萬(wàn)美元用于固體氧化物燃料電池的相關(guān)研發(fā)活動(dòng)。
在美國(guó)能源部的大力支持下，多個(gè)美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)在燃料電池及氫技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域取得重大進(jìn)展，在極大地降低硬件成本的同時(shí)提高了產(chǎn)品性能，使得美國(guó)在燃料電池和氫技術(shù)市場(chǎng)繼續(xù)保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)，在清潔能源創(chuàng)新方面繼續(xù)保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。
得益于硬件成本的下降，在美國(guó)，數(shù)家汽車(chē)制造商紛紛加入生產(chǎn)和銷(xiāo)售氫燃料電池車(chē)的隊(duì)伍中來(lái)。其中，豐田汽車(chē)公司的氫燃料電池動(dòng)力車(chē)——Mirai，產(chǎn)量已從2015年的700輛激增為2016年的2000輛。
亞洲方面，日本是申請(qǐng)氫燃料電池車(chē)專(zhuān)利最多的國(guó)家。數(shù)據(jù)顯示，日本全國(guó)目前已經(jīng)有90個(gè)加氫站；到2022年，豐田、本田、日產(chǎn)等汽車(chē)公司還計(jì)劃推出更多車(chē)型和建設(shè)更多加氫站。
在韓國(guó)，在本屆冬奧會(huì)上亮相的除了上述的氫燃料電池公交車(chē)外，一款來(lái)自韓國(guó)現(xiàn)代的氫燃料電池車(chē)NEXO，同樣讓人眼前一亮。
這款銀色汽車(chē)的后座下方配有氫燃料儲(chǔ)存系統(tǒng)，可以?xún)?chǔ)存約6公斤的高壓氫燃料，續(xù)航里程高達(dá)609公里。更為吸引人的是，這款氫燃料電池車(chē)還同時(shí)支持自動(dòng)駕駛，只要輸入目的地，汽車(chē)就會(huì)自行判斷到達(dá)目的地的道路狀況。
早在“十五”期間，我國(guó)就設(shè)立了863電動(dòng)汽車(chē)重大專(zhuān)項(xiàng)，將自主研發(fā)燃料電池汽車(chē)作為重點(diǎn)跨越領(lǐng)域。
而2016年發(fā)布的《“十三五”國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》更是對(duì)燃料電池車(chē)的發(fā)展寄予厚望：我國(guó)將系統(tǒng)推進(jìn)燃料電池汽車(chē)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，計(jì)劃到2020年，實(shí)現(xiàn)燃料電池汽車(chē)的批量生產(chǎn)與規(guī)模化示范應(yīng)用。
仍需“突圍”
現(xiàn)在，人們只要一提到氫燃料電池車(chē)，另一個(gè)名字總會(huì)如影隨形——電動(dòng)汽車(chē)。兩者就像一對(duì)“相愛(ài)相殺”的兄弟，在聯(lián)手帶動(dòng)新能源汽車(chē)發(fā)展的同時(shí)，也暗暗較著勁。
氫作為宇宙中分布最廣泛的物質(zhì)，被人類(lèi)賦予了“終極能源”的美譽(yù)。除了儲(chǔ)量大，其燃燒效率也非常高，只要在汽油中加入4%的氫氣，就可使內(nèi)燃機(jī)節(jié)油40%。而與之相比，電動(dòng)汽車(chē)卻始終面臨著可能造成廢棄動(dòng)力電池垃圾的詬病。
而在充電時(shí)間與續(xù)航能力上，氫燃料電池車(chē)似乎也更勝一籌：一方面，充滿(mǎn)一個(gè)氫燃料罐只需要幾分鐘，而為一輛電動(dòng)汽車(chē)充滿(mǎn)電卻要花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)；另一方面，當(dāng)前新研發(fā)出的氫燃料電池車(chē)的續(xù)航里程已經(jīng)接近1000公里，而即便是表現(xiàn)較好的電動(dòng)汽車(chē)，其續(xù)航里程也要在這個(gè)數(shù)字上減半。
但是，在如今的新能源汽車(chē)市場(chǎng)上，一路領(lǐng)跑的卻恰恰是電動(dòng)汽車(chē)，而非優(yōu)點(diǎn)多多的氫燃料電池車(chē)。這一尷尬狀況也凸顯出了氫燃料電池車(chē)自身無(wú)法忽視的短板。
自2008年以來(lái)，美國(guó)民眾累計(jì)購(gòu)買(mǎi)了超過(guò)50萬(wàn)輛插電式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē)，然而卻只購(gòu)買(mǎi)了不到500輛燃料電池車(chē)。究其原因，研究者與分析家們認(rèn)為，基礎(chǔ)設(shè)施仍是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。
這里指的基礎(chǔ)設(shè)施正是加氫站。建設(shè)這些為氫燃料電池車(chē)補(bǔ)充氫氣的設(shè)施是非常“燒錢(qián)”的，而鑒于現(xiàn)在氫燃料電池車(chē)數(shù)量實(shí)在太少，根本很難收回成本；同時(shí)，加氫站需要大型的高壓儲(chǔ)存罐來(lái)儲(chǔ)存氫氣，而很多硬件設(shè)施都需要重新開(kāi)發(fā)，這就進(jìn)一步提升了價(jià)格。
相反，電動(dòng)汽車(chē)則可以通過(guò)墻壁插座來(lái)充電，盡管充電速度并不快。但兩者在基礎(chǔ)設(shè)施之間的鴻溝意味著在相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，都很難說(shuō)服人們?nèi)ベ?gòu)買(mǎi)氫燃料電池車(chē)。
另外，氫是燃料電池的唯一燃料，而氫氣的產(chǎn)生、儲(chǔ)存、保管、運(yùn)輸和灌裝或重整都比較復(fù)雜，對(duì)安全性要求也高，這些都導(dǎo)致氫燃料電池的制造成本過(guò)高，電池價(jià)格昂貴。
盡管目前發(fā)展氫能源的成本很高，但看到了氫燃料電池車(chē)無(wú)限潛力的人們?nèi)赃x擇繼續(xù)前行。
眼下，為了推動(dòng)氫燃料電池車(chē)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，汽車(chē)制造商們正在同大型能源公司、初創(chuàng)企業(yè)等合作伙伴在氫燃料供給方面展開(kāi)合作。例如，在德國(guó)，戴姆勒集團(tuán)與法國(guó)液化空氣集團(tuán)、荷蘭皇家殼牌集團(tuán)、法國(guó)道達(dá)爾集團(tuán)、德國(guó)林德集團(tuán)等企業(yè)合作，計(jì)劃到2023年使德國(guó)的加氫站達(dá)到400座。
“這不再只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的好奇心，我們必須保持這樣的勢(shì)頭。”美國(guó)能源部氫燃料電池項(xiàng)目與技術(shù)辦公室主任Sunita Satyapal表示。■