; F9 P3 `! S0 f; \& F氢能源是好东西。这不像石油、煤是一次能源，开采出来就能用，而是像电力一样的二次能源，需要外能源首先提取氢，然后像普通碳氢燃料一样使用。在常温常压下，氢是气态的。因此，常规内燃机用氢作为燃料一点压力都没有。另外，氢燃料电池的能源转化率更高，而且产物是水，没有污染，还不像内燃机会产生氮氧化物，更加环保。氢的制备也不难，电解水就可以制氢，从煤或者天然气里也可以制氢。难点在储运。# ]% q, T7 E$ m! d) e- S5 n
& O8 w, `* N: W6 E1 g z1 L常规的氢储运有高压气态和低温液态。要达到一定的储氢密度，气态储氢的压力很高，国内的典型压力是35MPa，欧美则是更高的70MPa。很多人对这压力可能没有多少概念。1MPa相当于100米水柱。也就是说，35MPa的压力如果储水的话，顶上开一个洞，可以朝天打出3500米高的水柱，70MPa当然就是7000米高的水柱。实际上，水柱有发散问题，打不到那么高，但意思在那里。如果人在附近的话，这水柱把人拦腰斩断那叫干净利索没商量，连俞鸿图那样连写7个惨字都没机会。 & E7 D: ~+ [4 g6 ~3 F1 R2 x ' S5 s) g% e5 e( B7 ^/ |丰田Mirai采用高压气态方法，有一大堆专利确保氢容器的气密和碰撞安全，但推广了好多年，到现在依然买账的人不多，还在试运行。/ B! R+ b) k4 N) y' Y x
7 Y5 P3 v% \& Y* _. x高压气态的加注也是问题。这可不是加油枪那样朝加油口里一插就完事了，而是需要可靠的闭锁和气密。Mirai的加氢压力是多少不知道，但肯定高于容器内压力。这和轮胎打气要打到32PSI但压缩机的压力可以达到至少60PSI一样，没点压力差气根本打不进去。加氢的气密挑战比容器本身更大。而且作用汽车上的使用，这要所有人都能安全可靠地使用才行，而不是只有受过专业训练的人才能用。+ d3 X$ K0 w) p
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但氢又是特别易燃易爆的，而且燃烧起来看不见火苗，几乎是透明的。在化工厂里，有可能遇到氢明火的地方，进入现场需要带红外装置，否则等感到热度了可能已经晚了。5 z, u2 L+ N* Z- N
4 q- |& G8 c. m7 ]! [在元素周期表里，只有氦分子比氢分子更小。小小的氢分子无孔不入，密封十分困难。金属遇到氢分子尤其头痛，有缺陷的晶格被氢分子钻进去，容易发生结构缺陷，造成氢脆。在聚合反应中，氢的作用是打断聚合链。因此与氢长期接触后，塑料、橡胶等也容易老化脆裂。这意味着长期使用后氢泄露是个很现实的挑战。在开放环境里，泄露的氢气可能很快发散，不至于聚集成气团。但要是在通风不良的地下车库泄露，火灾甚至爆炸的危险不容低估。' ]# I- N2 e- O4 \' l6 D
! A7 k2 S. ]2 z. o. i低温液态的压力低了，但温度更低。在常压下，需要-253度。低温的挑战至少不低于高压。好处是储氢密度高，达到70g/L，而高压气态只有39g/L。: l n O( w* E- n
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液态有机储氢是另一条技术路线，这也是现在大力鼓吹的，被宣传成与汽油、柴油一样方便。7 U0 S7 {% z2 ^: y4 I6 r
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液态有机储氢不是通过把氢溶解于有机溶剂内。氢的溶解度不高，要溶解足够的氢，压力和温度都低不了，没有优越性。液态有机储氢是通过可逆的化学反应，在环状碳氢化合物的单键和双键之间变戏法。7 G4 [9 ]0 B. r8 O8 J) Y4 E
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苯是最常见的双键环状碳氢化合物。说双键，其实不精确，那是三个单键、三个双键，但六个碳手拉手，形成一个“乌龟壳”：: |) ? _# D& J) p- W
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, {- X/ ]" D/ S2 r# w环乙烷则是常见的单键环状碳氢化合物，因为单键，每个碳“拉”着两个氢： 8 r' K6 q6 D' R# E; x7 y- ^ B. }7 c3 E2 f ! w# ~1 S: K; S* x9 k& H6 g. W5 m+ ^; K5 |) Y2 [+ G% j. E
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在苯和环乙烷之间，加氢就从苯变成环乙烷，从环乙烷脱氢就变成苯，这就是液态有机储氢的技术路线之一。这反应当然没那么简单直接，需要催化剂，还有温度（>270C）、压力要求。湖南氢阳用的是乙基咔唑，路线更加复杂一点：& W# G4 V) s7 V3 U) A
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0 u8 {4 X5 ]8 N8 m- @! b0 \+ j) V) S " x! R8 }$ G7 S' o/ O3 y但作为车用，这或许并不是最好的选择。加氢是在化工厂里完成，工艺条件可控，问题不大。但脱氢是在汽车上进行，相当于要随车带一个微型化工厂。虽然温度、压力条件或许并不苛刻，但催化剂的老化和更新是一个问题，杂质毒化又是问题，更大的问题还是苯，这是致癌物质。还有一个宣传里不大提到的问题是：液态有机储氢的储氢密度可能达到58g/L，但这与气态或者液态可以完全释放为可燃气体不一样，可逆反应注定是不可能100%转化的，在车上的微型化工厂里，这58g/L里有多少可以转化为可燃氢是一个问题，产率受催化剂老化的影响也是问题。脱氢是从单键转化为双键，有可能是吸热反应，那样部分释放的氢能源还要用于维持反应温度，真正的可燃氢就更少了。 8 s. t1 Z8 S' i * g D. f6 o w6 w* q% I d# V对加氢脱氢反应的细节还不清楚，但脱氢反应的温度条件对车用也是一个坎，每次建立反应时需要首先加温到反应温度，车用可能用电加热，然后才能脱氢。这对公交和物流车这样发动机一开就是一天的用途问题不大，但私家车一会儿开，一会儿停，每次都要等反应温度上来了才能上路，这就不实用了。 6 O1 q W0 W7 A5 m/ d; y2 f 4 W" q# d' e% g [ m另一方面，中国在风电、光电方面大力发展，但遇到储能和输能的瓶颈。输能瓶颈正在解决，储能还没有太好的办法。但储能问题不解决，风电、光电的调峰问题就没法解决。液态有机储氢可能更加适于“西能东输”之类的远程大量输送，或者在产地，或者在目的地，采用工业化脱氢，然后用于调峰发电，为光电、风电、潮汐电等削峰填谷。这是很大的能源需求，也可能是氢能源的真正重点所在。
雷达卡
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发表于 2019-5-3 22:49:00
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