水通過哪些方法可以製得氫氣?通過水製取氫氣驅動汽車可行嗎?

2020-12-25 指北車

5月23日,河南《南陽日報》報導介紹南陽青年汽車集團的「氫能源汽車項目」稱「水氫發動機在河南南陽市正式下線啦,這意味著車載水可以實時製取氫氣,車輛只需加水即可行駛」。報導中「加水即可行駛」的功能表述發外界質疑。

那麼水是否真的可以製得氫氣?有哪些途徑可以製得氫氣,成本怎麼樣呢?

明確的是通過水可以製得氫氣,主要有以下兩種途徑:電解水和活性金屬與水反應置換氫氣。

電解水

在充滿電解液的電解槽中通入直流電,水分子在電極上發生電化學反應,分解成氫氣和氧氣。由於純水的電離度很小,導電能力低,所以電解難度大,或者說非常緩慢,所以一般會加入 硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等電解質,以增加溶液的導電能力,使水能夠順利款速地電解成為氫氣和氧氣。電解水的化學式如下:

在目前的技術水平下,電解水製造標準大氣壓下1立方米氫氣需要消耗5度電能,在標準大氣壓下,1立方米氫氣的質量約為0.089286千克,所以電解水製造1千克氫氣需要耗費約60度電能,如果在加上氫氣的儲存成本,電解水製造1kg氫氣的成本約50元。採用氫燃料電池的汽車,每1千克氫氣可以提供的續航裡程約為100公裡,相當於每100公裡耗費60度電能。和目前大部分純電動汽車百公裡20度電能的能耗水平高出太多,所以可以看出電解水製取氫氣的高成本了,採用電解水製取氫氣驅動汽車肯定是不可行的。

活潑金屬與水反應置換氫氣

金屬活動性比氫離子強的金屬可以與水反應,將水中的氫離子置換出來形成氫氣。例如金屬活動性非常強的鉀和鈉,可以與冷水進行迅速的反應,生成氫氣,反應的化學式如下:

按照上述化學式1千克納金屬只能置換出0.0435千克氫氣,而1千克金屬鈉至少幾十元起步,如果要用納金屬製取1kg氫氣成本至少在幾百元以上,成本更是昂貴。並且鈉還是極度活潑金屬,具有很大的危險性,極難保存,所以用活潑金屬與水反應製取氫氣不可能成為常規手段,一般只在實驗室中使用。

我們可以看到以上兩種通過水製取氫氣的方法成本都比較昂貴,如果通過這樣的方式來製取氫氣驅動汽車是得不償失的,幾乎沒有應用前景。

工業用氫氣由於需求量較大,一般使用烴類裂解法,類蒸汽轉化法,水煤氣法等工藝來製取氫氣,製取成本較以上方法要相對低一些。

氫燃料電池具有能量密度高,能量轉化效率高,無汙染排放等優點,目前氫燃料電池也是新能源發展的一個方向,不過受制於氫氣製取和存儲成本高,運輸風險大,氫燃料電池還處於研究試驗階段。

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