汽車有水就能跑——氫氧發動機

氫氧發動機它是利用電解水產生的氫氣和氧氣再次結合反應，原理就相當於原電池，產生的電能帶動電機轉動，從而提供動力。一個南非的公務員，自己DIY做了個電解水產生氫氧的裝置，然後靠點燃氫氧來驅動摩託車，一桶水可以跑500KM。有沒有一點小激動？

我們來看看電解水原理：2H2O=2H2+O2 ；最為理想的情況下，能量是不損失的，付出了等量的電產出了可以產生等量能量的氫和氧，燃燒，又產出了這麼多的能量。然而，實際情況下環節越多，能量的損失也就越大。電解在燃燒這兩個環節的效率就很堪憂了。

我國的氫氧發動機雖然在上世紀70年代就開始研製，但至今僅有兩種小型氫氧發動機YF-73和YF-75投入使用，最大推力不過8噸。YF-77雖然已經定型投產，但其50噸的推力在各國的氫氧發動機中仍然屬於推力較小的型號。因此，研發新一代大推力氫氧發動機是中國航天工業下一步的重要目標。

國防方面， 潛艇在水下航行時，沒有空氣，不能用柴油機帶動，這時就用蓄電池給潛艇提供動力。而潛艇在水上航行時，柴油機不僅提供動力，還要帶動發電機，給蓄電池充電。氫氧燃料電池目前就是潛艇蓄電池的研究方向。因為這種電池清潔、環保，不像鉛蓄電池有汙染。火箭上的氫氧發動機就是利用液態氫和液態氧燃燒，產生大量的高溫水蒸氣來提供推力。氫氧發動機目前還是僅僅用於一小部分太空飛行器的發射，因為現在還沒有很好的辦法來儲存氫氣。

為什麼沒有廠家用電解水產生的氫氧，來做為汽車動力？

主要問題是如何儲存足夠汽車行駛的氫氣。氫氧需要高壓低溫存放。維持這個環境本身就需要大量的能量（保持低溫），而且一旦受到衝擊（比如車禍）可能會發生劇烈的爆炸。

電解水產生氫氣所需要的能量，不會小於同量氫氣燃燒所能產生的能量，能量是不會憑空出現的。現在幾乎沒有人靠燃燒氫氣來獲取能量了，那個可控性太低，而且效率不高。要使用氫氣作為能源的話現在都是採用燃料電池，通過電化學反應轉化為電能再通過電動機驅動機械運轉，這樣相比直接燃燒可靠的多，也安全的多，效率也略高於直接燃燒供能。

氫燃料電池

氫氧燃料電池原理： h+移向帶負電的陰極(與電源負極相連),得到電子發生還原反應. 陰極：4h+4e-=2h2 ；oh-移向帶正電的陽極(與電源正極相連),失去電子發生氧化反應。陽極：4oh-+-4e-=2h2o+o2。

可喜的是，日前，從海外傳來消息，全新氫燃料電池動力車將在日本國內率先上市，隨後在美國和歐洲國家陸續上市。

，Mirai的外觀

Mirai可續航500公裡，補充燃料僅3分鐘

Mirai的動力系統配置了氫燃料電池組 (fuel-cell stack) 以及一組電動馬達，將汽油發動機的所扮演的發電角色，換成氫燃料電池。

而關於氫氣儲存方式，使用高達700 MegaPascals (相當於700bar或是10,000psi) 的壓力，將氫氣壓縮至車輛內的2具「油箱」之中，讓單位能量密度擁有十分亮眼的表現，同時因為體積大幅減少，在運送過程時也能更加便利。

最重要的，由於氫燃料電池僅是由氫氣與氧氣產生化學反應提供電力，所以在Mirai整個行駛過程中，排放出來的只有水或者蒸氣，完全沒有二氧化碳，非常環保。同時它在動力上也不弱， Mirai的最大馬力為153Ps（113Kw）、最大扭矩335N·m，10秒內可以完成百公裡加速，完全能夠應付平常的行車需求。

還有一家名為「基尼派克斯」的日本公司在大阪發布了他們的最新研究成果—水燃料電池車，據該公司聲稱，這輛車有可能是全球首輛能夠直接將水燃料轉化為電力的汽車。這輛兩座微型車就是「基尼派克斯」公司的水燃料電池車，它的後備箱中有個特製的箱子，就是汽車的能量發生器。只要將一定量的水注入到其中，這個能量發生器就會從水中分離出氫，之後再經歷一系列的處理之後，就可以最終產生驅動車輛的電力。目前，「基尼派克斯」公司已經將這一技術進行了專利申請，但公司方面並沒有透露關鍵的能量發生器的技術秘密。通常來說，水燃料發動機的基本工作原理都是通過電解或者化學反應的方式，將水分解為氫氣和氧氣，然後再將兩者進行燃燒以產生動力。至於「基尼派克斯」公司的技術是不是有更加過人之處，目前倒是不得而知。

根據公司提供的數據顯示，1升水提供的能量可以讓車子以80公裡的時速行進1小時，大致相當於5升汽油，除了比普通汽車更加經濟，排放更清潔外，和傳統的電池車相比，這種車還有一大優勢，那就是無需時時充電。更加令人稱奇的是，該公司聲稱這項技術對於水質沒有特殊要求，無論是清水、河水、雨水、海水，甚至茶水都可以用作「水燃料」。

新一代氫氧發動機研製取得新進展

2001年12月是個值得永久紀念的日子，中國大推力氫氧發動機研製立項獲得批覆，發動機關鍵技術攻關全面展開。

2012年8月17日，北京101所試驗區傳來震撼人心的消息，我國所設計的大推力氫氧發動機500秒長程熱試車取得圓滿成功。大推力氫氧發動機具有「高能、零汙染」的優點，集超低溫、超高溫、高壓、高轉速、高功率密度於一體，代表著運載火箭先進動力發展方向。新一代大運載CZ-5火箭芯一級採用大推力氫氧發動機作為主動力裝置，發動機於2002年立項研製，歷經十年艱苦攻關，目前，發動機關鍵技術全部突破，累計試車22000秒。此次試車成功標誌著2014年CZ-5火箭首飛發動技術狀態已經確定，為後續投產交付奠定了堅實基礎。隨著空間技術和空間應用的發展，國家開始著手論證新一代運載火箭方案，我院抓住機遇密切配合，隨著論證工作的深入，具有「一個系列，兩種發動機，三個模塊」特點的新一代運載火箭方案逐步確立，大推力氫氧發動機便是兩種發動機中的一種。

渦輪泵是發動機的心臟，是研製難度最大的組件之一，北京11所組織召開了一個跨行業的由國內一流知名轉子動力學專家和發動機專家組成的技術研討會，確定了工作方案。發動機零部件結構複雜，設計人員齊心協力，集智攻關突破了氫/氧變螺距泵誘導輪、氫/氧高揚程多級泵等10多項關鍵技術，首次在發動機大尺寸、高低溫、高壓管路中應用熱推制管路成形工藝，解決了發動機總體布局和管路設計難題，大大推進了研製進程。為了在有限的經費條件下儘快突破關鍵技術，設計人員借鑑國內外已有型號研製經驗，對發動機研製進行了多因素權衡優化，發揮「一機多試」的優勢，用一臺發動機成功進行了15次累計5346秒試車，探索了快、好、省的研製新途徑，跨越式推進了研製工作。

氫氧發動機研究困難重重大推力氫氧發動機試驗在101所進行，該所改建了4#試驗臺，採用組件試驗、縮比試驗和發動機分系統、全系統試驗相結合的方法，使發動機主要組件得到逐步考驗。伴隨著試車的一次次轟鳴聲，研製隊伍也經歷了嚴寒酷暑的考驗。第一臺發動機熱試車就碰到了北京一年中最冷的天，露天的試驗臺上零下20℃，設計人員和試驗人員頂著呼嘯的北風在試驗臺工作，手腳都紅腫麻木了，沒有一個人叫苦叫累。大推力氫氧發動機在大家心目中是百分之百成功的型號，但是2007年卻遭遇了國內外罕見的重大技術障礙，先後四次試車結果不理想，直接影響到整個研製進展。嚴峻的形勢面前，北京11所從源頭做起，細究每一個可能存在的問題，從故障現象來看，設計人員初步認為是推力室面板連接強度不足導致，對發動機推力室從強度分析、振動分析，以及產品結構設計等方面上進行了改進，但是隨後的試車又出現了故障，歸零工作再次陷入困境。

構造原理

隨後一年時間裡，大量分析改進工作的深入和新的測量手段的應用，研製隊伍最終把目光定位在不穩定燃燒因素上，提出了「一大四小」的改進方案，「一大改進」是採用隔板噴嘴，「四小改進」是通過改進推力室結構，進一步提高面板連接強度。在國內首次開展了氫氧發動機推力室隔板穩定裝置的研製及應用，在後續試車中得到了完美驗證。如歌歲月裡，風雨兼程一路顛簸。2009年12月，發動機轉入試樣研製階段，標誌著我國氫氧發動機的設計、生產、試驗技術步入了新臺階。

發動機研製工作由北京11所技術抓總，參與研製和配套的單位涉及到科學院等全國30餘家研製機構。通過開展研製工作，不但實現了我國氫氧發動機推力由8噸到70噸的跨越，而且有力推動了材料工藝、低溫工程、氫能利用等相關領域的科技創新和技術進步。大推力氫氧發動機研製工作凝結著各級領導的殷切希望，凝結著研製隊伍的辛勤汗水，是創造機遇、抓住機遇的成功範例，是自強不息、開拓創新結出的碩果。隨著液體火箭發動機技術的不斷發展，更大推力的重型運載火箭220噸氫氧發動機研製已經提上了日程。

氫氧發動機研發的價值非常巨大，意義深遠。

氫氧發動機成功點火

氫氧發動機除了環保之外，最大的優點就是比衝高。它可能推力不大，但比衝高這個優點是運載火箭至關重要的參數。因為運載能力是直接與比衝有很大關係的，運載能力與推力之間的關係遠遠不如比衝。比衝高就意味著運載火箭能以較小的自身重量達到更高的運載能力。運載火箭自身重量輕，相應的規模就小，地面後勤等設施也規模小，對於有水的星球來說，生存下來的概率更大。未來地球能源枯竭時，將是最清潔廉價的能源，不愁沒有能源可用，在油價高、環保壓力日益嚴重的今天，全球各地都在加緊尋找可替代汽油的清潔燃料。

對於水燃料汽車的研究，全世界的科學家們經歷了一個漫長而曲折的歷程，雖然專家估計，在未來5到10年內，水燃料汽車還不會大規模普及。但是看過了以上這些消息，我們完全有理由相信，只要帶上一瓶水，就可以開著車隨意馳騁的那一天的到來，已經不是什麼天方夜譚的事情了。