您當(dāng)前位置:首頁>資訊頻道>行業(yè)新聞>正文
氫燃料電池汽車的環(huán)境效益分析
來源:中國新能源網(wǎng) 日期:2009-9-24 作者:全球電池網(wǎng) 點擊:
        石油、煤炭、天然氣燃燒產(chǎn)物主要是二氧化碳,造成地球溫度逐年升高。同時,化石燃料中還含有雜質(zhì),特別是硫、氮、磷、砷等,燃燒產(chǎn)物酸性,造成大氣污染和酸雨,而且還導(dǎo)致溫室效應(yīng)的加劇,刺激皮膚,引起哮喘等多種呼吸道疾病。我國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主(約占75%左右),且隨著經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展,能源的消耗量日益增加。

針對這些情況,我們必須找到一種儲量大、后續(xù)性強、熱效率高、儲存形式多的環(huán)保型清潔能源,氫能源正是這樣一種優(yōu)質(zhì)能源。在石化燃料日益減少的情況下,我國能源本來就不占優(yōu)勢再加之人均資源占有不足,這就勢必要求我國必須比其他國家更重視后續(xù)能源的開發(fā)利用,而汽車這種機動性強的現(xiàn)代交通工具只能采用“含能體能源”,所以氫能源無疑成為一個新興的熱點。

一、氫燃料電池車的原理

氫燃料電池車的工作原理是:將氫氣送到燃料電池的陽極板(負(fù)極),經(jīng)過催化劑(鉑)的作用,氫原子中的一個電子被分離出來,失去電子的氫離子(質(zhì)子)穿過質(zhì)子交換膜,到達燃料電池陰極板(正極),而電子是不能通過質(zhì)子交換膜的,這個電子,只能經(jīng)外部電路,到達燃料電池陰極板,從而在外電路中產(chǎn)生電流。電子到達陰極板后,與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。由于供應(yīng)給陰極板的氧,可以從空氣中獲得,因此只要不斷地給陽極板供應(yīng)氫,給陰極板供應(yīng)空氣,并及時把水(蒸氣)帶走,就可以不斷地提供電能。燃料電池發(fā)出的電,經(jīng)逆變器、控制器等裝置,給電動機供電,再經(jīng)傳動系統(tǒng)、驅(qū)動橋等帶動車輪轉(zhuǎn)動,就可使車輛在路上行駛。與傳統(tǒng)汽車相比,燃料電池車能量轉(zhuǎn)化效率高達60-80%,為內(nèi)燃機的2~3倍。燃料電池的燃料是氫和氧,生成物是水,它本身工作不產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳,也沒有硫和微粒排出。

因此,氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染汽車,氫燃料是完美的汽車能源!

二、氫燃料電池車的環(huán)境效益分析

1 氫燃料電池汽車的優(yōu)勢分析

(1)從長遠來看,汽車產(chǎn)業(yè)肯定要走一條可持續(xù)發(fā)展的道路,石油、天然氣、煤炭等資源不可再生,終究會有枯竭的一天,人類最終必然要利用可再生能源或者替代能源。而氫的最大來源是水,特別是海水,根據(jù)計算9噸水可以生產(chǎn)出1噸氫(及8噸氧),氫氣燃燒熱值是28900千卡/公斤,而且氫與氧的燃燒產(chǎn)物就是水,因而,水可以再生。由此可見,以水為原料制氫,可使氫的制取和利用實現(xiàn)良性循環(huán),取之不盡,用之不竭。氫作為汽車代用燃料具有良好的行進加速性、燃料適應(yīng)性、低溫起動性好、超低排放、全工況高效率等優(yōu)點。

(2)我國氫的來源極為豐富,技術(shù)水平也有了一定的基礎(chǔ),水電解制氫、生物質(zhì)氣化制氫等制氫方法已形成規(guī)模。其中低價電電解水制氫方法在今后仍將是氫能規(guī)模制備的主要方法。另外,用氫代替煤和石油,不需對現(xiàn)有的技術(shù)裝備作重大的改造,現(xiàn)在的內(nèi)燃機稍加改裝即可使用,這可以降低氫能應(yīng)用成本。

(3)氫燃燒的產(chǎn)物是水,不會污染環(huán)境,真正實現(xiàn)了零污染的目標(biāo)。

2 燃油汽車與氫燃料電池汽車的環(huán)境指標(biāo)比較

2.1燃油汽車環(huán)境指標(biāo)

傳統(tǒng)燃油汽車在運行過程中會產(chǎn)生大量的有害氣體 ,不但污染環(huán)境 ,還影響人類健康。污染物主要包括:

(1)碳氫化合物(HC):汽車尾氣的碳氫化合物中含苯、甲苯和二甲苯等有害物質(zhì)。其中以苯的危害最大,它是一種致癌物質(zhì)。

(2)氮氧化合物(NOx):這是一種強烈的腐蝕劑,對人的呼吸系統(tǒng)有刺激作用,會引起氣管炎、肺炎等,削弱血液輸氧功能。

(3)一氧化碳(CO):它是一種無色、無臭的有毒氣體,通過呼吸道進入人體后,會造成人體內(nèi)部缺氧,危害中樞神經(jīng)系統(tǒng),輕則頭暈、頭痛、四肢無力、視力受損,重則中毒死亡。

(4)二氧化硫(SO2):這是一種無色無味的氣體,能損害人的肝、腎和心臟,對呼吸系統(tǒng)有強烈的刺激作用。此外,二氧化硫還是導(dǎo)致酸雨的重要原因,給國民經(jīng)濟帶來重大損失。

(5)臭氧(O3):臭氧對人體的器官和肺部均有損害作用,對心臟、肝等器官也有不良影響。此外,燃油汽車的尾氣中還含有產(chǎn)生溫室效應(yīng)的CO2,導(dǎo)致酸雨的氮氧化合物和硫化物等

2.2氫燃料電池車環(huán)境指標(biāo)

氫燃料電池汽車以氫為燃料、蓄電池的電能為動力,排放物中無污染物。表1比較了燃油汽車和氫燃料電池汽車的廢氣(主要成分)排放。

表1 燃油汽車和氫燃料電池汽車的廢氣(主要成分)排放比較

廢氣組成

燃油汽車

氫燃料電池汽車

CO

17.0g/km

0

HC

2.7g/km

0

NOx

0.74g/km

微量

CO2

320g/km

0

由表1可以看出,氫燃料電池汽車基本上是零排放,在環(huán)保效果上比燃油汽車有更大的優(yōu)勢。

三、氫燃料電池汽車在現(xiàn)實中的應(yīng)用

代表車型:通用Sequel氫燃料電池車與氫內(nèi)燃機動力技術(shù)類似,氫燃料電池動力技術(shù)也是以氫為能量源。不同的是氫內(nèi)燃機動力技術(shù)是將氫直接作為燃料在發(fā)動機中燃燒以獲得動力,而氫燃料電池則是將氫在燃料電池中經(jīng)化學(xué)作用轉(zhuǎn)化為電能,然后靠電動機來驅(qū)動汽車。在此領(lǐng)域,通用是當(dāng)之無愧的領(lǐng)導(dǎo)者,其代表作就是通用Sequel氫燃料電池車。

雖然早在2005年的上海車展就登場亮相,但是通用Sequel氫燃料電池車卻一直以來被認(rèn)為是燃料電池車領(lǐng)域的經(jīng)典之作。因為與之前的燃料電池車相比,通用Sequel氫燃料電池車在可駕駛性方面取得了突破性的進步,其動力表現(xiàn)與駕駛性都堪與目前使用汽油燃料的汽車產(chǎn)品媲美。

通用Sequel氫燃料電池車通過采用線傳操控技術(shù),不僅提高了車輛安全性、簡化了維護程序、拓展了設(shè)計自由度,而且也更環(huán)保。其幾乎所有的驅(qū)動和控制組件都安裝在28厘米厚的底盤結(jié)構(gòu)上,幾乎每個方面的性能表現(xiàn)都比現(xiàn)有的傳統(tǒng)汽車更勝一籌——更迅速、更平穩(wěn)、更便于操控、便于生產(chǎn)、更美觀也更安全,最重要的是,它只排放水蒸氣,完全沒有污染。

四、氫燃料電池車的發(fā)展前景:

1氫燃料電池汽車推廣的制約因素

雖然氫燃料電池汽車在環(huán)保方面有很大的優(yōu)勢,但是它還處于發(fā)展的初級階段。限制其發(fā)展的主要因素有:

(1)生產(chǎn)成本高:目前,氫的來源一般是天然氣和沼氣。此外,可以通過電解水將氫和氧分離而提取氫。而電能則可以通過煤或核反應(yīng)堆發(fā)電來產(chǎn)生。由于氫的提取需要消耗其他能源,因此,如果使用煤、天然氣、沼氣等碳氫燃料來提取氫,則會排出導(dǎo)致溫室效應(yīng)的氣體。采用風(fēng)力和太陽能可以解決這一問題,但這種開發(fā)方式費用太高,從而導(dǎo)致氫燃料電池汽車的成本增加。此外,一些輔助設(shè)施如氫燃料加注站的建設(shè)也要費些時日。

(2)能量密度小且儲運不便:氫燃料儲存困難,有泄漏和氣化的問題,包括爆燃、回火、早燃等問題有待解決。

綜上所述,氫燃料雖然污染低,但是儲存困難,有泄漏和氣化的問題,包括爆燃、回火、早燃等問題有待解決。氫氣的生產(chǎn)方法有多種,但只有在解決了其成本、儲存等問題以后才有可能批量使用。

2 加速氫燃料電池汽車推廣的對策

發(fā)展適合我國國情的低成本高效環(huán)保的大規(guī)模制氫技術(shù)

根據(jù)我國煤炭資源豐富的特點,應(yīng)著重發(fā)展高效、低污染的集中式煤氣化大規(guī)模制氫,要加強對煤炭氣化過程中CO2捕捉和封存技術(shù)的研究,同時應(yīng)重點加強我國有一定基礎(chǔ)的、具有長期發(fā)展前景的可再生能源制氫技術(shù)。隨著我國核能技術(shù)的日漸成熟,應(yīng)逐步探索可控核能制氫技術(shù)。

發(fā)展高效的氫儲存技術(shù)

目前我國對儲氫材料的研究比較活躍,研究內(nèi)容涉及到了高壓儲氫、碳納米管儲氫、新型合金儲氫、有機化合物儲氫、碳凝膠儲氫、玻璃微球儲氫、氫漿儲氫、層狀化合物儲氫等當(dāng)前國際氫儲存技術(shù)研發(fā)的主要方面,并在金屬氫化物儲氫、碳納米管儲氫、復(fù)雜化合物儲氫等方面具有優(yōu)勢。今后應(yīng)進一步重點發(fā)展:新穎金屬合金儲氫、碳納米管儲氫、高壓液態(tài)儲氫、有機化合物儲氫、車載儲氫系統(tǒng)等技術(shù),探索層狀化合物儲氫、籠形水合物儲氫等技術(shù)。

加強氫燃料電池技術(shù)和氫燃料電池汽車以及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的研發(fā)

發(fā)展氫經(jīng)濟的一個重要方面是發(fā)展氫能交通運輸體系和氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在氫燃料電池方面,我國可重點發(fā)展:大功率質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)、中低溫固體氧化物燃料電池技術(shù)、基于燃料電池的系統(tǒng)集成技術(shù)、質(zhì)子交換膜技術(shù)、電催化劑技術(shù)、先進的膜電極組件技術(shù)、無鉑催化劑技術(shù)等,同時積極探索生物燃料電池、再生式燃料電池技術(shù)、冷啟動(Cokd Start)技術(shù)等研發(fā)。

加強以氫能和燃料電池為核心的分布式氫能源系統(tǒng)研究

由于氫能和燃料電池具有諸多優(yōu)點和分散供能的特征,因而加強以氫能和燃料電池為核心的分布式能源系統(tǒng)研究已成為今后國際研發(fā)的重點。當(dāng)前這種以氫能和燃料電池為核心的分布式能源系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是與可再生能源利用相結(jié)合,以氫為載體,以燃料電池為能源轉(zhuǎn)化工具,加強對可再生能源的開發(fā)。

關(guān)注氫經(jīng)濟發(fā)展的相關(guān)環(huán)境問題與安全

雖然氫能本身是一種綠色的能源,但在用化石燃料制氫過程中,如果封存技術(shù)不當(dāng),仍會有CO2泄漏到大氣中造成溫室氣體增加。氫在生產(chǎn)、儲存、運輸以及氫燃料電池使用過程中都不可避免地存在氫氣泄漏問題。當(dāng)泄漏到周圍環(huán)境中的氫氣達到一定濃度,遇到明火可能會發(fā)生強烈化學(xué)反應(yīng)甚至爆炸,造成人員和財產(chǎn)損失。此外,泄漏到大氣圈中的氫氣會與大氣中的臭氧反應(yīng),破壞對人類起保護作用的臭氧層。因此,應(yīng)加強與氫安全相關(guān)的氫檢測傳感器技術(shù)、潛在事故情景處理技術(shù)等研究。

有效鼓勵企業(yè)參與氫能和燃料電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和市場化開發(fā)

按照市場經(jīng)濟的運行規(guī)律,氫能和燃料電池技術(shù)只有在技術(shù)成熟、具價格競爭力的情況下才能占領(lǐng)市場,取代傳統(tǒng)的化石燃料和一些利用效率相對較低的能源轉(zhuǎn)化方式。企業(yè)有效參與才有可能開發(fā)出具價格競爭優(yōu)勢的氫能制備、儲存、運輸和應(yīng)用技術(shù),同時這也是決定氫能最終替代傳統(tǒng)化石能源的關(guān)鍵。

政府補貼促進氫能利用 

要促進氫能的社會化利用,需要向公眾宣傳氫能的優(yōu)點和使用安全性,促進公眾對氫能的了解和利用。同時,國家應(yīng)出臺更有效的激勵政策,比如,國家應(yīng)對氫能利用予以政府補貼,這樣才能有效促進氫能的研發(fā)和系統(tǒng)應(yīng)用。

上一篇: 日產(chǎn)葉子電動汽車的電池租金每月150美元 下一篇:  氫燃料電池技術(shù)在中國蓬勃發(fā)展
版權(quán)聲明:全球電池網(wǎng)轉(zhuǎn)載作品均注明出處,本網(wǎng)未注明出處和轉(zhuǎn)載的,是出于傳遞更多信息之目的,并不意味 著贊同其觀點或證實其內(nèi)容的真實性。如轉(zhuǎn)載作品侵犯作者署名權(quán),或有其他諸如版權(quán)、肖像權(quán)、知識產(chǎn)權(quán)等方面的傷害,并非本網(wǎng)故意為之,在接到相關(guān)權(quán)利人通知后將立即加以更正。
評論表單加載中...
正在加載評論列表...
本文共有 條評論
>>