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燃料电池汽车—在路上

2002-10-14 15:33 作者:鲁伊 2002年第23期
随着技术进步带来配套设施的逐步完善,燃料电池汽车飞驰于高速公路上之日已不再遥远

燃料电池汽车孕育着一个巨大的市场

随着技术进步带来配套设施的逐步完善,燃料电池汽车飞驰于高速公路上之日已不再遥远

毫无疑问,燃料电池(fuel cell)的概念是随着近几十年来环保问题的日益严重才变得越来越热的。今年1月,美国总统布什明确表示,放弃已经进行了8年之久的超高里程燃气动力汽车的开发研制,而把燃料电池汽车作为美国清洁汽车研发新的正式目标。作为世界上第一汽车大国,美国的这一举动将燃料电池热度提升到了前所未有的高度。

其实,早在1839年,英国物理学家威廉.格罗夫(William Grove)就从理论上阐述了燃料电池的基本工作原理。整个反应过程说起来并不难理解,甚至可以用一个初中化学里的方程式来表达:在具有渗透性的膜的两侧分别供给氢和氧,氢原子的质子与氧结合生成水分子,而电子经由外接电路形成电流。

由于在这个光化学反应过程中并不涉及燃烧,而且最终产物只是电流和水,在汽车业这一能源消耗量和温室气体排放量巨大的领域,燃料电池不仅在能量产生效率上比汽油、柴油等传统燃料高出一筹,还是最清洁的、理论上完全无污染的能量供给方式。此外,在能量耗尽后,燃料电池不像传统的电池那样需要长时间充电,而只需补充燃料即可继续工作,这一点对汽车驾驶者来说尤为方便。

虽然说来如此简单,但真正要将其付诸实际,却并非易举。首先面临的问题就是——氢从哪里来?不需要太多的化学常识,我们就知道,尽管氢是宇宙中储量最丰富的元素,但在地球上,提取纯粹的氢元素并不像从海水中提取盐分那么容易。20世纪60年代,在美国的阿波罗登月计划中,曾经使用过氢燃料电池供电,但其高昂的成本使其只能用于科研,而不能在民用方面推广。直到80年代末,以巴勒德电力系统公司(Ballard Power Systems)为代表的众多公司发明出提高燃料电池的产电量及将甲醇、乙醇或天然气转化为纯氢等一系列技术,燃料电池取代汽油或柴油成为新一代绿色环保汽车动力才成为可能。

即使有了能够满足制造民用燃料电池需要的成本较为低廉的氢,也并不意味着燃料电池就可以很快广泛地用在汽车上。技术上的突飞猛进固然已经大大缩小了燃料电池的体积,但以福特公司最新研制出的福克斯FCV(Focus FCV)燃料电池概念车为例,为了容纳下燃料电池发电装置和足够结实的压缩液氢箱,福特汽车所一贯标榜的宽敞车内空间和舒适的后座长度不得不为此作出牺牲。此外,这套装置使福克斯FCV比标准的福克斯型号汽车重了近600磅,从而显著影响了它的加速。它需要14秒才能启动加速到62英里每小时的行驶速度,足足比同款的燃油发动机汽车慢5秒。更关键的是,虽然目前这款车还只是作为概念车在接受各项指标测试,最终市场价格无从得知。但据汽车业专家估测,由于应用了尖端技术,它的价格至少要比同款其他车型贵1万美元。

安全性也是不可忽略的一个因素。说到氢气,许多人立时便会联想起1937年的“兴登堡号”(Hindenburg)飞艇氢气爆炸事故。一旦装置在身后的压缩液氢箱泄漏或是遭外力撞击,它会不会变成一个巨大的炸弹?这不仅是研究人员和厂家必须面对的问题,也是许多未来的燃料电池汽车消费者最关心的一点。

美国能源部所进行的研究为公众服下了第一颗定心丸。实验结果显示,尽管氢气是易燃气体,但由于它原子量小,当压缩液氢箱泄漏时,氢气会很快跑到空气中去,因此并不比汽油泄漏时发生爆炸的危险性更高。从今年5月开始,本田公司将对其研制的FCX-V5燃料电池车进行一系列公路汽车碰撞测试。此前的结果极大鼓舞了公众的信心。在时速55公里的情况下,两辆汽车迎面发生碰撞后,压缩液氢箱完好无损,并没有发生任何泄漏。而未来将进行的更高速度下的侧面碰撞和追尾碰撞实验将进一步测试燃料电池汽车的安全程度。

燃料电池在所有汽车业巨头中,福特公司最热衷于燃料电池汽车的研发。这从它大力开发其蝉联2000年、2001年全球最畅销汽车称号的福克斯型汽车的FCV燃料电池汽车的举动中可见一斑。其他公司也都八仙过海,各有绝招。通用汽车用来吸引未来购买者的举措别出机杼,它正在研制一款6英寸厚的包含所有动力系统的汽车底盘。消费者可以让当地汽车经销商按自己的需要加上不同的车体,从而将其改装为轿车、皮卡或小型货车。

然而,无论汽车生产商在改进燃料电池汽车的各项性能上付出多大努力,如果没有像如今星罗棋布的加油站一样方便的燃料补给点,所有的燃料电池汽车将永远只能作为概念车在各大车展上出出风头而已。美国汽车工程师协会的丹.霍尔特在接受《美国新闻与世界报道》采访时指出,如果没有大量方便的氢气供应站,氢燃料电池汽车不可能正式走上高速公路,但如果没有大量的氢燃料电池汽车所产生的需求,大量的氢气供应站又不可能出现。

出现这种“鸡生蛋蛋生鸡”问题的原因是显而易见的。虽然从戴姆勒-克莱斯勒到福特等众多汽车业巨头都在采用或与能源公司合作或自建的方式解决燃料电池汽车燃料供应问题,但这同建设足够多的新型氢气供应站所需的努力相比无异于杯水车薪。据壳牌公司子公司壳牌氢(Shell Hydrogen)公司预测,整个建设氢气供应站、切换管线、添置设备及相关的运营费用至少需要190亿美元,这是单个公司所难以承担的。

然而,高额费用的另一方面也蕴含着巨大商机,在J.D.Power最新的一次调查中,有60%的接受调查者表示,如果燃料电池汽车与燃油汽车的价格相差不超过10%,而燃料补充又足够方便的话,他们会选择购买燃料电池汽车。而燃料电池汽车的环保优势也是政府所关注的。正因为这个原因,在加利福尼亚,由美国能源部、汽车制造商和能源公司合作进行的加利福尼亚燃料电池合作计划已经如火如荼地展开。

3月27日,在加利福尼亚的尔湾市(Irvine),美国能源部长斯宾塞·亚伯拉罕与西门子西屋动力公司(Siemens Westinghouse Power Corporation)和南加州爱迪生公司(Southern California Edison)两大能源业巨头共同发布消息:世界上第一台燃料电池和燃气涡轮混合发电装置已经正式运行发电。结合了西门子西屋动力公司的固体氧化物燃料电池技术和英格索兰(Ingersoll Rand)的微型涡轮机技术,这台体积相当于拖车式活动房屋的发电装置每小时能发出190千瓦的电能,足以供给200个家庭所需的能量。

一个月后,戴姆勒-克莱斯勒在萨克拉门托建立的第一家为该地区测试中的燃料电池汽车提供液体燃料的甲醇燃料站标志着该合作计划进入第二阶段。在这个阶段中,不仅氢燃料电池汽车接受测试,液体燃料电池汽车也在受测之列。而目前测试中的汽车NECAR 5则是第一款使用甲醇作为液体燃料电池提供动力的汽车。同月,斯图亚特能源系统公司开发出的便携式氢燃料填充站CFP-450也成为福特公司新型福克斯FCV在加州的公路测试的能源供应系统。

合作所带来的益处是显而易见的,预计到2003年,在加州,至少将有70种燃料电池汽车进入公路测试阶段,而且会建立起4家氢气燃料供应站,这在哪怕一年以前还是最乐观的人所不敢想象的。虽然目前所有的人都将燃料电池汽车正式投入大规模实际运行的期限定在2012年,但在这个技术瞬息万变的时代里,明天会怎样,谁知道呢?

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