电动汽车 vs. 氢燃料电池汽车:你应该了解的内幕

2014-12-27 17:37:01来源: 互联网

    干掉特斯拉!两家日本最大的汽车制造商将在氢动力上下重注。丰田将在明年推出售价5.75万美元的 Mirai 燃料电池汽车(FCV),而氢动力先驱本田也将在 2016 年推出一款氢动力汽车。等等,环保汽车不都是电动汽车(EV)吗?

    燃料电池汽车也可以算作电动汽车,但你可以在五分钟内给电池灌满燃料,而不是等上几个小时来充满电。电动汽车要做到这一点,就必须更换整组电池。那为什么现在只投产了一种燃料电池汽车,而电动汽车却无处不在呢?这就是一个有关效率、燃料、污染和政治的故事了。

燃料电池汽车是什么?

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    燃料电池汽车也是电动汽车,只不过“电池”是氢氧混合燃料电池。和普通化学电池相比,燃料电池可以补充燃料,通常是补充氢气。一些燃料电池能使用甲烷和汽油作为燃料,但通常是限制在电厂和叉车等工业领域使用。

    和普通电池一样,燃料电池由阳极、阴极和电解质组成。大部分燃料电池汽车如 Mirai 或本田的 FCX Clarity 使用聚合物交换膜燃料电池(PEMFC)。在这一系统中,氢气受压通过铂催化剂,分解成两个氢离子和两个电子。这些电子会驱动汽车的电动机,而氢离子会和氧气结合成水,以蒸汽“废气”的形式排出。通过将这些电池堆叠在一起,就能为汽车提供足够电力。

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    哪些厂商在制造燃料电池汽车呢?韩国现代在今年夏天推出了 Tucson 燃料电池汽车,租期三年,每月需付费 499 美元,并计划今年在南加州销售 60 辆 Tucson。上文提到的丰田 Mirai 会在明年上市(出租价格每月 499 美元,从加州开始);本田的燃料电池汽车会在 2016 年上市(本田最近终止了 FCX Clarity 项目,但在 2008 年至 2014 年间出租了 45 辆);宝马很快就会宣布一款燃料电池驱动的原型车,并同意与丰田共享技术;包括通用汽车在内的其他汽车制造商也在测试燃料电池汽车。

氢气来自哪里?

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    如果你想要一辆百分百环保的燃料电池汽车,就必须以不造成污染的方式来制造氢气。这可不容易,目前最好的方法是通过电解水来制造氢气,即用电将水分解成氧气和氢气。目前最好的电解水系统的能量转化率只有 80%,并不怎么高效。

    甲烷转化(上图)要更划算,但却会造成污染。蒸汽需要加热到 700 到 1000 摄氏度,然后与甲烷结合生成氢气和一氧化碳,以及少量二氧化碳。得益于水力压裂法生产的大量天然气,美国有 95% 的氢气通过这种方法来制造。

如何购买氢气?

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    电动汽车已经在道路上(和你家中)建立了充电基础设施,但氢气销售点却很少,相隔距离也很远。这部分是由于缺少需求,还有就是建造成本高昂。普通的电动汽车充电站只需花数十万美元来建造,特斯拉的超级充电站建造成本高达 30 万美元。但建造一个氢气燃料站需要花费 100 万至 200 万美元,因为需要解决处理液态氢气的问题。因此,美国现在只有大约 50 个氢气燃料站,其中 22 个位于加州。

    为什么这么贵?根据 Autoblog Green 披露的细节,氢气燃料站的主燃料箱以至少负 250 摄氏度的温度存储着近 1 万加仑液态氢气。和天然气或柴油不同,液态氢气保存在地面上的一个特别区域,与泵分离。然后液态氢气会在汽化塔内转化成气体,然后加压传输给更小的储罐来销售。

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    《人车志》(Car and Driver)描述了充气过程:

    •首先需要将一个多管通信插头插入汽车,以了解其燃料需求

    •接着需要连上氢气喷嘴,用扭锁和泵来密封

    一些燃料电池汽车可以同时接受 350 个大气压和 700 个大气压的氢气,后者的行程更远。只需 3 分钟到 5 分钟就能充满 700 个大气压的氢气,价格约3 美元至 3.5 美元GGE(每加仑汽油当量)。

    丰田和本田将向买家免费提供三年氢气。丰田计划逐步增加在美国的氢气燃料站数目,将在加州新建 19 个,并在纽约和罗德岛之间建造 12 个。加州已拨款 2 亿美元用于兴建氢气燃料站,并想在 2016 年时将这一数目增至 40 个。不过,几乎没有其他州宣布类似计划,意味着燃料电池汽车早期用户想要环游美国会有困难。

为什么要关心这事?

    如果你正在阅读本文,我猜你不想留给后代子孙一个乌烟瘴气的地球。而且我们已经详细阐述了电动汽车如何来帮助减少温室气体排放。但购买环保汽车也有更自私的理由。从长期来看,如果算上折扣,日产 Leaf、丰田普锐斯(Prius)等环保汽车要比普通汽车更省钱。那么燃料电池汽车的费用相比其他环保汽车如何呢?

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    燃料电池汽车相比电动汽车的主要优势就是方便。氢气燃料电池汽车只需 3 到 5 分钟就能充满长途行驶所需的气量,而 Tesla Model S 至少需要 20 分钟才能充满电(见上图),但行驶的距离还不到氢气燃料电池汽车的一半。这让燃料电池汽车更方便日常使用,汽车制造商们据此认为,希望寻找更环保汽车的消费者也许会认为燃料电池汽车要比电动汽车更实用。

    州监管机构也这么想。现在汽车制造商需要在 15 分钟内充满足够行驶 285 英里的燃料才能获得满额加州零排放汽车(ZEV)信用点。这些信用点可以转售给汽车制造商,特斯拉在去年首次盈利靠的也是 ZEV 信用点。然而,像 Model S 这样的纯电动车现在已经不符合获得满额 ZEV 信用点的规定,因为大部分电动汽车都达不到补充燃料的要求。你很快就会看到,加州的政策变更或许会增加污染,但这无疑会激励丰田、本田和其他公司在电动汽车之外制造燃料电池汽车。

    至于性能和环保性方面,燃料电池汽车使用和电动汽车一样的电动马达,性能表现差不多。丰田 Mirai 百公里加速时间大约为 10 秒,能行驶 434 英里。燃料电池也更适合皮卡和 SUV,目前的锂电池没法满足这些车型的需要。锂电池也要比燃料电池组/氢气箱重得多。

    但你是否就该为只排放水的燃料电池汽车感到骄傲呢?悲哀的是,答案是不。

燃料电池汽车的问题?

    燃料电池汽车的主要问题是,制造驱动它们的氢气燃料要消耗比普通电动汽车更多的能源。污染也是个很严重的问题。

燃料电池汽车的售价和维护费用要比电动汽车贵

    丰田表示,全新 Mirai 售价 5.75 万美元,联邦和州政府补贴后的价格可低至 4.5 万美元。这比特斯拉要便宜不少,但日产 Leaf 的售价差不多是 3 万美元,补贴后的价格约为 2 万美元。如上文所述,给燃料电池汽车补充的氢气价格约为3 美元GGE,美国能源部估计给一辆车加满气需要花约 50 美元(丰田的免费燃料不算在内)。这意味着,一辆燃料电池汽车的维护成本是普锐斯混合动力汽车的两倍,是电动汽车的四倍。的确,这一成本会随时间推移降低,但电动汽车和混合动力汽车也一样。

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制造和使用绿色氢气的费用更高

    除了甲烷转化,获得绿色氢气的唯一可行的方式是通过电解。但坦白讲,这一过程中消耗的电可以更好地用在普通电动汽车上。正如上面的图表所示,相比起氢气燃料电池汽车,电动汽车能更好地利用电力。至少这就是燃料电池技术的现状。

甲烷转化得到的氢气和汽油一样糟

    好吧,假设你使用的氢气来自于甲烷转化。这至少要比燃烧天然气或柴油好,对吧?并不完全如此。福特最近表示,相对于燃气发动机,燃料电池汽车“对环境的好处有限”。而且可能要更糟一些,因为最近的研究显示,甲烷基础设施的泄露情况比原先想象的还糟糕(最高达 7%),而作为温室气体,甲烷的温室效应是二氧化碳的 86 倍。

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充氢气燃料的基础设施造价高昂

    正如上文所述,氢气具有爆炸性,很难处理。输电就相当简单,每个房子都有电。但氢气燃料电池汽车需要对制造和运送环节投入巨资,每一个环节又会增加成本、复杂性和污染。

这一切是不是说明氢气燃料电池汽车没戏了呢?

    从这些标准来看,相对于环保省钱的电动汽车,氢气燃料电池汽车根本没法比。但在消费者的心中,“实用”也很重要,燃料电池汽车加满燃料的速度更快,行驶的距离更远。而且,氢气燃料电池汽车还处于早期阶段,充电式电动汽车在 10 年前也存在似乎无法克服的问题,现在美国境内有近 28 万辆电动汽车。

    正如一名燃料电池汽车推动者所说的,目前上路的汽车中仍有 97% 的车辆用汽油做燃料,电动汽车粉丝何必嫉恨氢气燃料电池汽车呢?燃料电池的发展将推动技术改进,希望也能在未来让化石燃料汽车永远从道路上消失。

关键字:汽车  应该  了解  内幕

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2014/1227/article_10276.html
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