拋開技術與成本 從節能角度淺談燃料電池汽車

2020-11-25 OFweek維科網

  2015年初,某公司分管技術的副總,曾跟我說過這樣一段耐人尋味的話:「燃料電池汽車的時代就要來臨了,因為豐田已經推出了燃料電池汽車。豐田是汽車行業的風向標,我們可以做燃料電池汽車了。」這一先入為主的觀點,讓我再如何解釋燃料電池技術上的不成熟,都無濟於事。而對新能源汽車未來戰略的各種把脈,技術和分析類的文章有一大把,雖然看了不少,但是讀書少的我,實在是傻傻分不清楚。但是既然新能源車為的是節能,那麼單一從節能角度分析分析,也未嘗不是一個方法。

  既然是討論新能源,為了說話方便,我會把所有諸如大卡、焦耳這樣的單位都換算成kWh,也就是度,這樣比較直觀。

  為什麼說新能源汽車節能呢?

  我們可以看一個表格,表格中國燃油車百公裡油耗按照8公升計算。

  從表格中可以看出來,燃油車的能耗是新能源汽車的5倍。所以節能這個事實已經擺在這了。同時,我們觀察到一點,就是燃油車浪費的能量很多,這部分能量有多少呢?數據太抽象,我們不妨打個比方:普通的550mL的農夫山泉礦泉水,燃油車跑一百公裡,所浪費的能量,可以將1700瓶這樣的礦泉水從20度燒開。

  有些人,會有不同的觀點:說電動汽車的電來自火電,那麼只是把能量浪費的部分,換了個時間,換了個地方而已。這種說法很有道理。如果煤或天然氣發電的效率是30%,那麼從煤或天然氣開始計算,電動汽車百公裡的能耗就變成了83kWh。雖然仍然比燃油汽車更節能的結果沒有改變,但是似乎優勢就不那麼大了。

  可是有一點值得注意,就是燒煤或天然氣那70%的能量,雖然沒有發電,但是並沒有浪費掉,會議熱能的形式繼續被利用,尤其是在冬天。

  Mirai的能耗有多少?約每百公裡39kWh

  氫能用到公路交通上,實際上有兩種應用形式,一種是直接的氫氣內燃機,比如寶馬的「氫7」,還有著名的施瓦星格州長推崇的悍馬H2H。這種車不在我們的討論範圍;另一種,是燃料電池汽車,比如豐田的Mirai,本田的FCXClarity。

  對什麼催化劑,雙極板這些問題,不論是從成本還是技術上都已經討論的太多了,我們還是單一從節能的角度去分析下,看看能得出什麼結論。

  燃料電池有很多種,在汽車上使用的,是質子交換膜燃料電池,簡稱PEMFC,利用氫氣和氧氣,在電池內反應,生成水。這個過程中沒有二氧化碳排放。

  首先,顧名思義,燃料電池,燃料指的就是氫氣。氫氣的能量密度是多大呢?每公斤氫氣為39kWh。以豐田的Mirai為例,一輛車加氫量為5公斤,如果這輛車續航為500公裡,那麼它的百公裡功耗是多少呢?

  經過簡單計算,Mirai每百公裡的能耗是39kWh。一個看上去還好的數據。但是為了公平起見,我也想在追根溯源一下,氫氣到底是從哪來的。

  氫氣的來源很關鍵

  氫氣來源是多種多樣的,但是綜合來看,為了不讓事情太複雜,我們只看看最常用的兩種獲取氫氣的方式,天然氣裂解和水電解。根據《Clean urban transport for Europe》一文中的描述,製取1公斤氫氣,使用天然氣制氫的能耗是52kWh,而使用電制氫的能耗是11kWh。

  插一句,有些人可能會說我用的數據過時了。很多技術已經把電制氫的能耗降到了每公斤5~6度電的水平了,這點我是承認的。因為我本人在2009年,就把制氫的能耗做到了每標方4.2kWh以下,折合每公斤約為5.3kWh,但是那個設備的成本確實太高了,廣泛推廣,還需要時間。既然提到了費用,我想我要食言一下,大概說一下制氫的成本。天然氣裂解獲取一公斤氫氣的成本大概在1.5~2元,水電解獲取一公斤氫氣的價格在3~4.5元。成本上的優勢,使得天然氣制氫仍然是主流。再多說一句,氫氣的運輸成本一公斤大概在10~20塊錢,要變成高壓氣體,另有成本,所以不是說把Mirai加滿5公斤的氫氣,有個20幾塊錢就足夠了。

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