●追求最終化的汽車

當(dāng)代清潔能源汽車已進(jìn)入一個(gè)多元化、多樣化、多維化發(fā)展的世紀(jì)，在電動(dòng)汽車領(lǐng)域，特別是純電動(dòng)汽車的發(fā)展居主導(dǎo)地位，不過要說明，F(xiàn)CEV也是屬于電動(dòng)汽車序列中一種重要的，理想的新興產(chǎn)品。

當(dāng)代，全世界，當(dāng)然也包括我國(guó)正掀起一股FCEV熱，這是由于FCEV在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的創(chuàng)新，積累，進(jìn)化的實(shí)驗(yàn)性試制和試用過程中，已經(jīng)在相關(guān)的不少科技領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，這無論是在原理上驗(yàn)證，結(jié)構(gòu)上整合，功能上進(jìn)步都有了很好的顯現(xiàn)，已形成一種波浪式軋跡上的躍遷，可以說我們已經(jīng)看到了FCEV走向產(chǎn)業(yè)化的總趨勢(shì)。

由此國(guó)內(nèi)外一些科學(xué)家、工程師、學(xué)者和公司家再次提示：FCEV可能是汽車一種終端產(chǎn)品，而且會(huì)很好的引發(fā)令人十分向往的氫經(jīng)濟(jì)社會(huì)的來臨。在最近的一些汽車產(chǎn)業(yè)論壇上，汽車及相關(guān)業(yè)界人士對(duì)發(fā)展FCEV表現(xiàn)出更加有信心，認(rèn)為不應(yīng)再停留在示范上，而應(yīng)該大力推動(dòng)商業(yè)化的進(jìn)程，這是對(duì)推動(dòng)實(shí)體經(jīng)濟(jì)向新型方向發(fā)展，推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)由大變強(qiáng)的有力舉措之一。

那么到底FCEV有那些優(yōu)勢(shì)呢？請(qǐng)看，作為FCEV重要能源的氫，能量密度相當(dāng)?shù)暮?，我們以世界?biāo)準(zhǔn)的KW·h/kg為系數(shù)，氫能為33.3，天然氣13.8，汽油12.1，煤氣8.4，氫能比汽油高出2倍多；氫作為二次能源，其資源十分豐富，只要有水就可以制氫，還有其他眾多產(chǎn)氫方法，是人類社會(huì)用之不盡的“氫礦”；FCEV運(yùn)行中排放出只是水，無論是對(duì)大氣的污染還是溫室氣體都應(yīng)是“零”；當(dāng)前FCEV一次充氣，可跑700公里，充氣只用3分鐘，而且還在不斷提升之中；當(dāng)前FCEV的制氫用氫成本昂貴，但要多看前景，可能10年前后，可達(dá)到與傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行同等價(jià)格，然后繼續(xù)下降，到2050年基本上可能實(shí)現(xiàn)氫氣零成本運(yùn)行；不久未來同樣可以出現(xiàn)FCEV的智能化車輛，特別是要注意克服氫能不安全運(yùn)作一些隱患，成為更安全的產(chǎn)品。

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當(dāng)然，當(dāng)前一些人士認(rèn)為氫能備制和應(yīng)用成本很高，高純度的氫提煉難度大，這些劣勢(shì)是很難克服的。我想用全息論中的演化推理方式，即溯因法來分析，即事物的發(fā)展分為可逆的和不可逆的。如我們用汽柴油汽車，必然會(huì)出現(xiàn)大氣污染和溫室效應(yīng)，雖然可以減少但不會(huì)排除，而氫氣則是無害無毒的，氫氣當(dāng)前的高成本問題是可以克服的，前者屬于不可逆性，后者屬可逆性，就是說我們以此為依據(jù)對(duì)事物的現(xiàn)狀和未來把握其本質(zhì)問題，而確定其目的性，這就證實(shí)為何人們要用二百多年這樣漫長(zhǎng)的歷史，堅(jiān)持不懈的去探索，研究氫氣和燃料動(dòng)力鋰電池問題，可以說一門重大的科學(xué)的應(yīng)用多是經(jīng)歷著一個(gè)孕育到誕生，再到發(fā)展壯大的自然歷史過程，這是歷史進(jìn)化的必然規(guī)律，也是最終要完成目標(biāo)的重要因素。

FCEV既是一種古老又新型的高科技產(chǎn)品，它的悠久歷史可追溯到二百多年的歷程。在1801年英國(guó)科學(xué)家H·Davy發(fā)明了燃料動(dòng)力鋰電池的原理；1889年英國(guó)科學(xué)家Mond首先用工業(yè)煤和空氣合成裝置制氫，并正式用上燃料動(dòng)力鋰電池的命名；20世紀(jì)50年代，英國(guó)劍橋大學(xué)教授培根用高壓氫試制成功5kw的燃料動(dòng)力鋰電池，在試驗(yàn)室中應(yīng)用；1965年美國(guó)GE公司把燃料動(dòng)力鋰電池裝上阿波羅（Appollo）登月飛船，供應(yīng)電力；2002年美國(guó)總統(tǒng)布什制訂《自由汽車計(jì)劃（FreedomCAR）》，研究應(yīng)用燃料動(dòng)力鋰電池汽車產(chǎn)業(yè)化問題，為此供應(yīng)FCEV的不斷探索留下不少相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)；2003年美國(guó)提議成立《氫能經(jīng)濟(jì)國(guó)際合作伙伴（IPHE）》，美國(guó)和西歐等15個(gè)國(guó)家都參與了，我國(guó)也在其中，2004年五月第二屆IPHE指導(dǎo)委員會(huì)議就是在北京人民大會(huì)堂召開的，2007年美國(guó)通用汽車公司和加拿大知名的巴拉德燃料動(dòng)力鋰電池公司，在雪佛蘭Equinox轎車裝上燃料動(dòng)力鋰電池進(jìn)行試運(yùn)行，至今還在繼續(xù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中；同年歐盟提出《歐洲清潔都市交通計(jì)劃（CUTE）》，擬在阿姆斯特丹、漢堡、倫敦、盧森堡、馬德里、斯德哥爾摩等城市開展燃料動(dòng)力鋰電池公共汽車示范運(yùn)行；2011年德國(guó)戴姆勒·奔馳汽車公司開展了FCEV全球巡展演示，投入Citano燃料動(dòng)力鋰電池客車36輛，由20個(gè)交通運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)進(jìn)行巡展，其全程運(yùn)行已達(dá)480萬公里；歐盟在2014年公布《地平線2020年計(jì)劃》，指出到2020年，燃料動(dòng)力鋰電池各種車輛應(yīng)用要達(dá)到20萬輛，加氫站1000座，氫氣來源50%以上來自非石化能源生成的，成本要下降90%；2015年五月國(guó)際第23屆IPHE指導(dǎo)委員會(huì)在我國(guó)武漢召開，很好的交流了國(guó)際對(duì)氫能和燃料動(dòng)力鋰電池的最新進(jìn)展，以及下一步計(jì)劃，也為我國(guó)加強(qiáng)國(guó)際上合作，共享資源供應(yīng)了好機(jī)遇；2016年五月《亞洲氫能與燃料動(dòng)力鋰電池大會(huì)》在上海召開，并舉辦展示，特別關(guān)注的是制氫和燃料動(dòng)力鋰電池的裝備，對(duì)發(fā)展FCEV起到很好助推用途。

這里要指出，國(guó)際汽車界人士認(rèn)為2015年是FCEV的元年，這重要以日本豐田的“未來”（Mirai）正式進(jìn)入初期的商業(yè)化運(yùn)作為標(biāo)志而提出的，Mirai功率113kw，扭矩335N·M，相當(dāng)于2.0發(fā)動(dòng)機(jī)轎車水平，續(xù)行500公里，在日本成本720萬日元，政府補(bǔ)貼200萬日元，市場(chǎng)售價(jià)500萬日元（約折合26萬元人民幣），這和“皇冠”轎車價(jià)格差不多。豐田2015年產(chǎn)銷700輛，2016年1600輛，其中三分之一出口，2017年計(jì)劃3000萬輛，2020年為迎東京的奧運(yùn)會(huì)，計(jì)劃推出3萬輛。與此同時(shí)，本田、三菱、馬自達(dá)、大發(fā)等公司也都拋出具有自己特色的FCEV，本田的ClarityFCEV續(xù)程已達(dá)589公里。近來，日本通產(chǎn)省公布《燃料動(dòng)力鋰電池汽車戰(zhàn)略路線圖和氫能社會(huì)白皮書》提到，2025年實(shí)現(xiàn)200萬輛的目標(biāo)，2030年加氫站達(dá)1800座，相應(yīng)對(duì)質(zhì)量，成本和配套工程設(shè)施都要很好改善，形成規(guī)?；芰ψ呦蚴袌?chǎng)。

我國(guó)也是十分重視和積極發(fā)展FCEV的國(guó)度。早在20年前的“十·五”的863重大專項(xiàng)中，就明確指出要支持FCEV的研發(fā)，撥款3.8億元；到“十一·五”和“十二·五”規(guī)劃中，在節(jié)能與新能源汽車重大項(xiàng)目中，都把FCEV列為重點(diǎn)項(xiàng)目，支持發(fā)展；2014年一月《我國(guó)燃料動(dòng)力鋰電池技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟》在上海成立，同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)、武漢理工大學(xué)、重慶大學(xué)參與，一汽、東風(fēng)、上汽、長(zhǎng)安、奇瑞等汽車及零部件公司都參與，燃料動(dòng)力鋰電池及其附屬公司也參與，目的是加緊實(shí)行產(chǎn)、學(xué)、研聯(lián)合，更好攻克核心技術(shù)，加強(qiáng)FCEV產(chǎn)業(yè)更好更快發(fā)展；今年四月，三部委有關(guān)《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》中，對(duì)FCEV的戰(zhàn)略地位進(jìn)一步加強(qiáng)，提出三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求，2020年在特定地區(qū)的公共服務(wù)車輛領(lǐng)域進(jìn)行小規(guī)模示范應(yīng)用，2025年私人用車和公共服務(wù)用車領(lǐng)域批量應(yīng)用，不低于1萬輛，到2030年在私人乘用車，大型商用車領(lǐng)域進(jìn)行規(guī)模化推廣，不低于10萬輛。與此同時(shí)，三部委公布《2016-2020新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政支持政策通知》中指出，在2017-2020除燃料動(dòng)力鋰電池汽車外，對(duì)其他新能源汽車的補(bǔ)助標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行必要的退坡，而燃料動(dòng)力鋰電池汽車補(bǔ)助保持不變，甚至個(gè)別車種還有所提高。由此可見國(guó)家在宏觀層面，對(duì)氫能和燃料動(dòng)力鋰電池汽車給予越來越重視和支持。

在公司層面，我國(guó)第一輛FCEV于1999年十二月在清華大學(xué)試驗(yàn)成功。2001年十二月美國(guó)通用汽車公司和上汽集團(tuán)合資的泛亞技術(shù)中心，研制出“風(fēng)凰”FCEV。2008年北京奧運(yùn)會(huì)上，有20輛各種燃料動(dòng)力鋰電池汽車在會(huì)上示范運(yùn)用，2010年上海世博會(huì)上有40輛各種燃料動(dòng)力鋰電池汽車，供大會(huì)交通示范運(yùn)行。2014年上海榮威950第四代FCEV產(chǎn)出，行程400公里。宇通客車公司是首家推出燃料動(dòng)力鋰電池客車，2014年9輛，2016年100輛，2020年計(jì)劃4000輛，宇通第四代燃料動(dòng)力鋰電池客車，續(xù)程600公里，成本下降50%，加氫10分鐘。北汽福田汽車公司也推出“歐輝”牌燃料動(dòng)力鋰電池客車，計(jì)劃28輛，送廣州和佛山地區(qū)進(jìn)行示范運(yùn)行。東風(fēng)汽車公司第一款EQ5080型燃料動(dòng)力鋰電池廂式運(yùn)輸車已問世，續(xù)程305公里。據(jù)統(tǒng)計(jì)目前為止，我國(guó)共研發(fā)試制出200多輛各種燃料動(dòng)力鋰電池汽車在各個(gè)時(shí)間段進(jìn)行示范運(yùn)行。2017年六月二日工信部公布通告《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》中，就包括有燃料動(dòng)力鋰電池客車5種，專用車及卡車2種，假如加上2016年公布燃料動(dòng)力鋰電池轎車1種，則FCEV在國(guó)家目錄中共計(jì)有8種車型，確認(rèn)正式列為商品對(duì)待，但目前產(chǎn)量還很少，急待改革和改進(jìn)。

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應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無人設(shè)備

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●激發(fā)氫能的巨大潛力

氫能作為燃料動(dòng)力鋰電池的“燃料”，非常重要，一定要先行一步。

氫作為一種無色、無味的氣體，廣泛的分布于地球的地表、地幔、地核和大氣層中，是宇宙中最為重要，質(zhì)量最輕，最為清潔、最為豐富元素之一。

氫重要以化合物形式生存，最突出表現(xiàn)是水，氫占水總質(zhì)量1/9，假如用電解水制氫，能量密度很高，其效率可達(dá)80%；氫還生存于一些礦物質(zhì)中，如綠柱石，鋰電氣石，頑火輝石的結(jié)構(gòu)中，多以極少量氣態(tài)生存；氫還分布于地球不同氣層中，含量隨高度不同，也有少量的氫氣存在；更加有趣的是氫氣還是生命組成的一種元素，在人體中有81種元素，氫占10%，僅次于氧和碳，居第三位，所以氫也可稱得上一種有機(jī)物的物種。

氫還有一個(gè)重要用途，即氫的同位素將對(duì)正在開發(fā)和試驗(yàn)的核聚變電站供應(yīng)基礎(chǔ)原料，我們?cè)谩半北硎練洌耐凰亍半薄半啊?，也叫重氫，資源極為豐富，而且無輻射危險(xiǎn)。大家都了解，人們先發(fā)明原子彈，后來又發(fā)明氫彈，實(shí)際上是核裂變和核聚變的理念和應(yīng)用的革命性變化。歐盟認(rèn)為到2035年核聚變電站可以投入商業(yè)化應(yīng)用，我國(guó)專家認(rèn)為到2040年有可能投入應(yīng)用，目前我們和美、英、法、日、德等國(guó)家已多年組成聯(lián)盟，共同開發(fā)核聚變電站。可以預(yù)言假如核聚變電站投入應(yīng)用，那時(shí)用電幾乎不用花錢，太便宜了，而且很安全，沒有放射性，非常干凈、無害，被稱為“仿造太陽的廠”。

氫在人為狀態(tài)下形成三種形態(tài)：氣體氫：這已成為氫的常態(tài)，是衡量氫物理和化學(xué)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)形態(tài)；液態(tài)氫：目前多用高冷卻方法形成的，要在零下253℃時(shí)，可促使氫液化，如現(xiàn)在太空火箭上的推動(dòng)燃料就是用液態(tài)氫；固態(tài)氫：在超高壓下，促使液氫向具有導(dǎo)電金屬特性的固態(tài)氫出現(xiàn)，所以也叫金屬氫，它具有很好的超導(dǎo)性和超級(jí)能量，在航天、和上有特殊用途，民用工業(yè)也有很好用途。

氫的備制歷史也是很長(zhǎng)，而且方法非常多樣化，因時(shí)因地而宜，同時(shí)要求要不斷改進(jìn)創(chuàng)新之中。有電解水制氫、水煤氣法制氫，、石油熱裂合成和天然氣熱合成制氫、焦?fàn)t和煤氣冷凍制氫，電解食鹽水的副產(chǎn)氫、釀造工業(yè)發(fā)酵制氫、甲醇裂解吸附制氫、鐵與水蒸氣反應(yīng)制氫等。當(dāng)代比較新的制氫方法，如生物質(zhì)制氫，微生物酶制氧、海水淡化制氫，可再生能源，如風(fēng)能、太陽能、水能、地?zé)崮?、海洋能發(fā)電制氫，如我國(guó)已建成海水淡化工程103個(gè)，總規(guī)模90萬噸/日，并推廣淡化水制氫示范工作。

氫的儲(chǔ)存，包括民用和工業(yè)用氣源以及交通工具，如FCEV氣源的存儲(chǔ)方式，有加壓氣態(tài)儲(chǔ)存，目前國(guó)際上FCEV儲(chǔ)氫罐壓力達(dá)70Mpa已比較常用；液態(tài)儲(chǔ)氫，對(duì)儲(chǔ)氫罐技術(shù)要求高，罐內(nèi)溫度和外面溫度相關(guān)很大，內(nèi)部容器構(gòu)造復(fù)雜，防止出現(xiàn)熱漏，在FCEV上也有選用；金屬氫儲(chǔ)存是應(yīng)用氫和多種不同金屬化合之后生成金屬氫化物，如鋁、釩、鎂、稀土系等，這種方法具有較大儲(chǔ)氫容量，單位體積儲(chǔ)氫密度好，儲(chǔ)氫循環(huán)壽命長(zhǎng)，成本低；還有非氫化物儲(chǔ)存，如氮、硼、硅、甲醇等氫寄存其中，當(dāng)化合物化解時(shí)放出氫，比較新型的納米碳儲(chǔ)氫，在碳微孔中存儲(chǔ)大量氫，是一種有前景的儲(chǔ)氫手段，還有碳納米管電化儲(chǔ)氫，已證實(shí)具有較高儲(chǔ)氫量，具有良好應(yīng)用前景，在FCEV都在選擇之中。

氫氣輸送和加注。氫的運(yùn)輸對(duì)氣態(tài)和液態(tài)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。由于用戶和要求不同，氫氣可以用管網(wǎng)，也可與天然氣輸送管共用，還有通過儲(chǔ)氫容器裝在車、船上，管網(wǎng)適應(yīng)于量大的需求，船運(yùn)、車運(yùn)則適應(yīng)分散的場(chǎng)合。

當(dāng)前，對(duì)FCEV推廣來說重要是建設(shè)加氫站問題。世界上第一座FCEV加氫站是1999年五月在德國(guó)慕尼黑機(jī)場(chǎng)建成。目前國(guó)際上已有加氫站重要以水電解制氫為主，少部份采用天然氣水蒸氣重整制氫，也有的是運(yùn)氫到加氫站的。到2016年一月全球已設(shè)立290座，其中日本28座、歐洲97座、美國(guó)75座、韓國(guó)80座、我國(guó)4座、澳大利亞1座。我國(guó)加氫站分布在北京、上海、廣州、鄭州，今后將會(huì)在FCEV示范區(qū)建設(shè)加氫站，2017年中科院大連化物所與同濟(jì)大學(xué)發(fā)明以風(fēng)能與太陽能結(jié)合制氫的加氫站，每日可供200臺(tái)FCEV續(xù)程800公里的需求。美國(guó)海德利森已至國(guó)內(nèi)設(shè)立移動(dòng)式加氫站業(yè)務(wù)，尋求合作建氫站。預(yù)計(jì)到2020年全球?qū)⒊霈F(xiàn)5200座加氫站，比目前的上升18倍，以適應(yīng)發(fā)展FCEV的需求。

據(jù)Persistence市場(chǎng)研究公司預(yù)測(cè)，到2020年全球氫氣需求量將從2013年的2553億立方米，新增到3248億立方米，上升27%，其中特別是我國(guó)，將是全球氫能需求和生產(chǎn)第一大國(guó)。

氫能有這么多優(yōu)勢(shì)，但人們對(duì)氫能安全仍有擔(dān)心，認(rèn)為氫能屬于一種易燃爆氣體，特別是擴(kuò)散度相當(dāng)?shù)目?，?dāng)和空氣接觸時(shí)，形成混合氣體，燃爆極限更寬。為此我專門請(qǐng)教了有關(guān)專家，得到答案，是認(rèn)為氫氣燃燒時(shí)容易快速噴發(fā)，但屬直線式形態(tài)而逃逸，不像汽柴油那樣燃燒后，不易疏散滯留性大，停留散發(fā)在原地帶，所以氫燃燒危險(xiǎn)不比汽柴油燃燒高，同時(shí)近來人們對(duì)氫的制備整個(gè)過程的泄漏、靜電、電氣防爆、脆化等不安全因素，大力進(jìn)行改進(jìn)，在實(shí)用中已取得比較好的安全驗(yàn)證。如本田2017年的Clarity已開始在日本本土和美國(guó)出售，燃料動(dòng)力鋰電池的3個(gè)儲(chǔ)存罐嵌在底盤架上，這樣雖然對(duì)車輛底部振動(dòng)，環(huán)境惡劣，容易受碰撞，他們認(rèn)為在技術(shù)上已得到反復(fù)測(cè)試可以放心使用，而客車多把氫罐放在車頂，出事故時(shí)對(duì)車內(nèi)影響不大。但車企認(rèn)為盡管有了這些安全舉措，對(duì)氫能安全問題仍不能自滿，仍作為全產(chǎn)業(yè)鏈的安全舉措，持續(xù)不斷改進(jìn)，不斷提升安全可靠的水平。