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燃料电池

     燃料电池是直接通过氢气和氧气的化学反应来获取电能,这个过程的主要副产品是热量和热水。1839年,Wi11iam Grove爵士通过将水的电解过程逆转而发现了燃料电池的原理,他并制成了人类历史上第一台燃料电池。但这种差不多和内燃机一样已有着百多年历史的技术一直停留在实验室里。直到本世纪六十年代,美国空间技术选用它为双子星及阿波罗飞船供应电能而未用危险的核能和昂贵的太阳能电池时,才进入了商业应用。但由于其造价很高,至今仍只是被局限于宇航业。

    因近些年全球环保意识的日益高涨,这种仅以水为排放物的洁净能源装置便得到了人们的重视。一些主要工业国政府和大型汽车公司于八、九十年代纷纷投入巨资进行燃料电池汽车的开发与研究,以便尽早让燃料电池产品进入大众化应用,减少日趋严重的大气污染,保护我们赖以生存的环境。政府的参与,大公司的演示,媒体的吹捧,引发了一场全球性的燃料电池狂潮。尤其是世界首富比尔.盖茨在2001年1月份购买了一家燃料电池公司-Avista 公司5%的股份后,投资者便蜂拥而至,使燃料电池狂潮达到了顶峰。但是燃料电池汽车真的能如媒体所说的那样不久便可驶入大众百姓家里吗?让我们来看看事实将会怎样。

        首先,作为燃料电池燃料的氢,与其说是能源,还不如说是能源的载体。 我们无法像开采煤、石油、天然气那样通过廉价的方式在地上挖掘或钻洞获得,而只能从富氢燃料,如:天然气、甲醇、改良汽油或水中制取。在从富氢燃料中制取氢气时,非但需要消耗可观的能源,同时也与直接燃烧这些富氢燃料一样会产生二氧化碳与有害排放物一氧化碳、碳化氢和硫化物等;而水是地球上最为稳定的化合物之一,要把氢从中分解出来,其消耗的电能或热能将十分惊人。假设制氢效率高达75%,而燃料电池的效率在实验室里是50-60%,那么燃料电池总体理论热效率将是37.5%-45%;再经变流器、电动机等对外做功,又将会损失掉部分能量,假设这一电能-机械能的转换效率高达百分之九十,那么最终燃料电池系统的总体理论热效率为33.75%-40.5%,而中冷涡轮增压柴油机的最高热效率可达40%以上。由此可见,从其所强调的能源利用率方面来考量,燃料电池根本不具有什么优势。 

      其次,氢是易挥发、逃逸、爆燃、难液化的十分危险的气体;尤其是它对金属有脆化作用,使其无法像煤气、天然气、液化石油气那样利用常规钢瓶与钢管来存储与输送;另外,氢的单位容积发热量比天然气小,管道输送的能量要比天然气小12%,而气体加压站所消耗的功率却增加1.5倍,所以输送氢的费用要比天然气高50%;至于用高压容器来运输或贮藏氢,则高压容器、高压充注、保温措施等对技术的要求很高、其费用十分惊人。氢的这些特征造成其存储与运输极为困难,这就意味着建立氢的供应网络系统与日常维护的投入将十分巨大,令政府与寻常百姓无法承受。我们知道每一元钱都对应一份能源消耗,故巨大的金钱投入意味着同样巨大的能耗与污染。极具讽刺意义的是好像那些研制燃料电池汽车的公司不知道上述情况似的,直到美国底特律诞生世界第一辆燃料电池汽车的三十多年后的今天才省悟过来,而开始研制随车氢气发生器,以便直接利用现有的天然气、液化石油气、甲醇、汽油等燃料供应网络。

         再者,燃料电池实际上是一只靠氢气不停地“充电”的电瓶。不说其本身由贵重材料制成、工艺复杂而使其造价据高不下,要使其真正发挥作用,还必须有直流电-交流电逆变器或变流器、电动机等,还得加上这些装置的控制设备。这就使得整个系统十分复杂、庞大、笨重,导致其制造成本与维护成本过分昂贵。目前燃料电池成本约为4000-6000美元/每千瓦,太阳能电池为8000-10000美元/每千瓦,内燃机为30美元/每千瓦。故燃料电池的成本将是内燃发动机的一百三十至二百倍。加上氢燃料的来源困难与复杂所造成的同样昂贵价格,从而将使燃料电池系统在整个使用寿命期消费太多的金钱。殊不知我们的每一元钱都对应着一份能源消耗。因此,燃料电池系统的应用所消费太多的金钱将意味着社会整体能源消耗和废气排放将更多。这种巨额金钱消耗对社会的唯一好处是可使人口拥挤、机动车密集的城市地区的空气可望得到些改善,但那也只有待燃料电池汽车普及使用之后。而如果燃料电池汽车使用随车氢气发生器,像现有汽车那样直接使用汽油、甲醇、乙醇、天然气、液化石油气等燃料,那么它将与现有汽车一样有废气排放,结果也就体现不出多少洁净方面的优势。

         综上所述,燃料电池汽车过分昂贵的制造、维护和使用价格,在节能与排放方面又无实质性的优势,更在动力性、行驶行程、经济性、驾车乐趣等方面无法与内燃发动机汽车相匹敌,故很难受消费者的欢迎。所以燃料电池汽车的普及使用是件十分遥远的事情,将永远是个梦。一些燃料电池汽车制造商在很多年前曾宣布过于2000年进入市场,可至今我们在全球公路上也找不到一辆正式商业销售的燃料电池车。

    

 

     


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