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汽车的氢时代

2005-04-14 09:34 作者:吴戈 2005年第14期
拍摄超速的摄像头似乎是惟一能赶走罗萨里奥·贝雷塔脸上笑容的东西。这位戴姆勒-克莱斯勒公司的工程师正驾驶最新的氢燃料电池汽车F-Cell驶近德国西南部村庄纳伯恩。同样的车一共有60辆,正在德国、美国、日本和新加坡等地试车。

拍摄超速的摄像头似乎是惟一能赶走罗萨里奥·贝雷塔脸上笑容的东西。这位戴姆勒-克莱斯勒公司的工程师正驾驶最新的氢燃料电池汽车F-Cell驶近德国西南部村庄纳伯恩。同样的车一共有60辆,正在德国、美国、日本和新加坡等地试车。

一驶出摄像头的视野,贝雷塔就急于尝试F-Cell迅捷的加速能力,这是电动机的天然优势。F-Cell的外观和操纵与其蓝本奔驰A级车并无不同,特殊之处在于行驶起来只能听到压缩机微弱的嗡嗡声。虽然140公里的最高时速还算满意,但纳伯恩到法兰克福225公里的两小时车程,就足以揭示F-Cell最大的弱点,它不到90分钟就耗尽了燃料。当加氢站还寥若晨星时,这的确是个问题。

全球正在试验的燃料电池车已有600~800辆,除了地球变暖的压力,更现实的刺激还是油价的不断攀升,纽约原油期货价以59.15美元的新高迎接了2005年的愚人节。

以内燃机和电动机取长补短的混合动力车是近期最成熟、节能最显著的途径,富于石油危机感的日本抢占了这一先机,丰田“普锐斯”(Prius,先驱者)成为世界首款批量投产的混合动力车,1997年问世以来全球销量已超23万辆。该车型性能丝毫不逊传统车型,在城市工况下比同等排量的“花冠”节油44.4%。2004年11月,“普锐斯”获欧洲年度车型奖,当年丰田混合动力车销量从上一年的24627辆激增到53991辆。

据估计,到2010年中国石油消耗的61%要依赖进口,汽车的消耗将占国内石油总需求的43%,这两个比例到2020年还将增至76%和57%。2005年后汽车尾气排放在中国城市大气污染中的比重将达79%以上。以2050年15亿人口计,如果参照当前人均GDP为25000美元的国家的能耗计算,届时中国能源消费量将达52.5亿吨标准油,将是目前世界能源消费总量的60%、中国能源消费量的5.8倍。

中国的汽车发展,不考虑混合动力与“氢时代”没有出路。

未来:燃料电池车

燃料电池车是通用的重点,1997年在日内瓦车展推出欧宝燃料电池车,1998年9月“氢动一号”概念车在巴黎车展登场,2001年10月“氢动三号”亮相东京车展,2002年1月面世的“自主魔力”(AUTOnomy)概念车首次将燃料电池技术与线传操纵技术结合起来,当年8月,全球首辆可驾驶的线传操纵氢燃料电池车Hy-wire就在巴黎车展公开。2003年,改进的“氢动三号”成为首款获日本公路行驶许可的液氢燃料电池车,最高时速160公里,可连续行驶270公里。

今年4月,通用刚刚在底特律车展首次公开的Sequel氢燃料电池车将参加上海国际车展,其储氢量达到8公斤,最大功率提高约25%,连续行驶距离达到482公里,0~96.5公里/小时加速只需10秒。该公司研发及规划副总裁波立达的评价是“虽昂贵,但可行”,他还希望燃料电池车“2010年以前在耐用性和性能上能与目前的内燃机系统一争高下,最终实现经济量产,成为普通消费者买得起的车型”。福特的策略则较富过渡性,在业内首先将混合动力与燃料电池技术结合的H2RV可节能25%,预计一两年内上市。

2002年5月20日,戴-克公司的甲醇改质型燃料电池车NECAR5完成了旧金山到华盛顿的横穿北美之行,历时16天,行程5250公里,最高时速145公里。除F-Cell在全球试车外,戴-克还有33辆燃料电池大巴参加了欧洲多个示范项目,总里程和行驶时间已分别达到42万公里和33000小时。2005年3月,以奔驰B级车为原型的燃料电池车B-Cell又出现在日内瓦车展,输出功率超过100千瓦,储氢压力增至70兆帕,连续行驶距离从160公里增至约400公里。公司同时宣布:将于2012年正式销售氢燃料电池车。

宝马公司对燃料电池也不看好,倾向于最保守的氢气、汽油双燃料发动机技术。2005年1月向北美首次推出的H2R概念跑车用液氢燃料时功率276马力,0~96公里/小时加速仅需6秒,可行驶350公里,氮氧化物排放低于加州标准,据称宝马7系中也将出现一款氢燃料车。这些车型需要制冷系统保证液氢的低温,待燃料电池技术成熟后,宝马很可能还是要彻底变革。

也许因为在混合动力车上占有先机,丰田认为燃料电池车难度甚大。在混合动力车型基础上开发的丰田FCHV氢燃料电池车2003就在加州开始租赁试用,但其130升的储氢量,实际连续行驶距离只有209公里,比汽油车和“普锐斯”的500公里和700公里相去甚远。丰田汽车燃料电池开发本部技术部长河合大洋认为:“如果连续行驶距离达不到500公里,估计无法让普通消费者接受。130升的燃料箱也根本无法安装到‘威驰’和‘花冠’等小型车上。”在2005年1月的东京“第一届国际燃料电池展”上,河合大洋表示:“2010年代前半期,必须造出能让人相信燃料电池车即将普及的车型。”

日产汽车公司从1996年就开始研发燃料电池,2002年12月开始测试的X-Trail FCV氢燃料电池车最高时速145公里,可连续行驶350公里,2004年3月批量生产,2005款又应用了自主开发的固体高分子燃料电池组和碳纤维高压液氢罐。本田的最新燃料电池车是2005款FCX,最大时速149.6公里/小时,行程322公里,每加仑燃料在城市可行驶100公里,已有20辆上路试用。马自达稍嫌保守,计划2006年在日本开始租赁RX-8氢气、汽油双燃料车。现代汽车2002年开发了Santa Fe氢燃料电池车,可连续行驶165公里,2004年12月韩国能源研究所也推出氢燃料车,可连续行驶210公里。

氢经济发展史

氢经济是个非常宽泛的概念,其实氢能源是二次能源,鉴于交通在经济中的重要地位,才出现了这样的说法。

目前,氢能源系统建设投资主要来自民间,壳牌打算到2006年投资10亿美元以上,英国石油公司和埃克森-美孚等能源巨头也都有计划,此外还有全球100多家燃料电池制造商的努力。

受1973年石油危机影响,国际社会早在1974年就召开了“国际氢能经济利用会议”,成立了“国际氢能学会”(IAHE),每两年举行一次国际氢能会议,但直到90年代,各国对氢能的投资才开始回升。2000年首届“国际氢能论坛”在慕尼黑举行,2004年第二届论坛在北京举行,2003年10月,包括中国在内的14个国家成立了国际氢能经济合作组织(IPHE)。

2002年,美国能源部建立了氢、燃料电池和基础设施技术规划办公室,提出了《向氢经济过渡的2030年远景展望报告》。以环保激进著称的加州一度曾要求到2003年全州售出新车的10%是零排放汽车,今后几年将陆续投放300辆燃料电池轿车和公共汽车试用,密执安州2002年就在底特律建立了“下一代能源”工业区。

2003年,欧盟发布了氢发展构想报告和行动计划,将在4年内投资20亿美元,并创立欧洲氢燃料电池合作组织。“欧洲清洁城市运输项目计划”正为阿姆斯特丹、巴塞罗那、汉堡、斯图加特、伦敦、卢森堡、马德里、斯德哥尔摩和波尔图9个城市各安排3辆燃料电池公共汽车试用。日本从1993年起就开始实施“世界能源网络”计划,深入研究氢及其基础设施技术,希望到2020年逐步推广氢能。韩国氢燃料技术比美、日落后4~5年,因而公布了以氢为基础的经济能源政策,希望到2020年陆续投资8.43亿美元,使交通对原油的依赖减少20%。

水电和天然气丰富的挪威2003年就设立了国家氢能源委员会,目前正在斯塔万格和奥斯陆间建设500公里的氢能源公路。加拿大和巴西也都希望利用廉价水电推广氢能。人口仅28万的冰岛58%的能源和近100%的电力来自水电和地热,早在1999年就提出到2030年将率先建成氢经济,首先更换首都雷克雅未克全部公交车,到2030年将使全部机动车和渔船使用氢燃料电池。

规模问题

现在,少数激进的厂商和国家对氢经济雄心勃勃,戴-克计划到2010年生产10万辆氢燃料车,通用的胃口是100万辆,欧盟打算到2030年使氢燃料车的比例达到15%,2040年至少翻一番,而日本计划到2020年生产500万辆。但实际上,氢能源的大规模使用是一个可能需要数十年的社会经济过程,汽车、燃料和基础设施的价格相互影响,使用规模又与价格和方便程度相互制约。以可用能量单位计,目前氢比汽油贵5倍,伊斯特曼化学公司副研究员蒂姆·道西说:“如果给氢电报个价,应该是4美元/瓦。”现有氢燃料汽车的价格仍是普通汽车的10倍多,即使年产50万辆,仍有6倍差距,如果成本没有突破,至少在2030年前难以大规模产业化。

氢经济涉及的能源结构问题还必须与环保同时考虑。据丰田公司和瑞穗信息研究所对“从油井到车轮”的全程污染排放研究,制氢的电能如果来自矿物燃料,则燃料电池车的温室气体排放并不比混合动力车少,甚至还有科学家认为,大量使用氢产生的大量水蒸气反而是加剧全球变暖的因素。大规模依靠核能代价也很大,只有制氢电能来自太阳能、水能、风能或海洋能,才谈得上真正的绿色,但这些可再生能源只有在巴西和冰岛等国可望达到较高比例,美国71%的电力仍源于矿物燃料。据英国经济学家安德鲁·奥斯瓦尔德测算,美国每年约33%的能源用于交通,如果全部采用氢燃料汽车,全部靠风电制氢,需要100万台风力发电机,占用半个加州,如果来自核能,需要100座核电站。依靠水电解制氢,还要考虑水的来源和分布,美国水资源研究所的数据表明,要满足氢经济的需求,美国水资源消耗总量将增加10%,每年需要4.2万亿加仑水,大约相当于尼亚加拉瀑布3个月的水量。

计算表明:要使美国40%的汽车使用氢燃料电池,总投资将超过5万亿美元。加州计划2010年以前建设150~200个加氢站,每个造价高达50万美元,全美100775个加油站哪怕只改造25%,也需要130亿美元。壳牌公司估计,欧洲氢燃料车比例仅达到2%,就需要投资200亿美元。

显然,更加现实的途径是逐步引导。从30年前率先推出无铅汽油起,美国经济增长160%,汽车行驶里程增加120%,但车辆污染物排放下降了600%。自1990年以来,加拿大GDP增长17.2%,而能源消费仅增长10%,工业能源效率年均提高0.9%。目前德国已超过美国,成为世界头号风力发电大国,西班牙也位居第三。这些都主要是市场引导的结果。在日本和欧洲,个人购买一辆“普锐斯”,政府分别补贴1000和1600美元。美国对购买每辆零排放汽车补贴4000美元,并要求到2006~2007年联邦机构新购车辆应有5%为氢燃料电池车,以后还将提高到20%。

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