為了解決能源短缺、環(huán)境污染日益嚴(yán)重和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等問(wèn)題,潔凈的新能源和可再生能源的開(kāi)發(fā)迫在眉睫。作為清潔、高效、可持續(xù)的新能源——氫能，被不少國(guó)家、車企及學(xué)者認(rèn)為是“終極新能源汽車解決方案”。

 

中國(guó)的氫能汽車在2001-2002年是最火的時(shí)候。當(dāng)時(shí)美國(guó)小布什政府對(duì)燃料汽車非常重視，認(rèn)為這是變革性發(fā)展方向，美國(guó)車企都對(duì)氫能充滿興趣。在這一背景下，中國(guó)汽車行業(yè)也掀起了一股燃料汽車熱潮。2019年，氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展借著相關(guān)政策像是踏上了風(fēng)火輪。不僅資本市場(chǎng)一路高歌猛進(jìn)，不少車企也是加緊布局氫燃料汽車。

 

 

5月23日一篇“水氫發(fā)動(dòng)機(jī)在南陽(yáng)下線”的文章，“車輛只需加水就可行駛”“市委書記點(diǎn)贊”等關(guān)鍵詞讓這一新聞迅速引爆輿論，更多則是對(duì)水制氫的質(zhì)疑聲音。據(jù)業(yè)界人士表示，“水氫”汽車?yán)碚撋献畲蟮膬?yōu)點(diǎn)在于不用高壓儲(chǔ)氣罐，所用氫氣“隨制隨用”。但汽車行駛時(shí)的功率會(huì)隨時(shí)變動(dòng)，如果突然需要提升功率，氫氣供應(yīng)需求猛增，如何保證“隨制隨用”的氫氣能供應(yīng)得上？另外，鋁與水的置換反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，在密閉的反應(yīng)罐里，這些熱量如何及時(shí)散掉也是需要考慮的問(wèn)題。水氫發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵制氫技術(shù)專利發(fā)明人表示目前該項(xiàng)技術(shù)距離大規(guī)模的技術(shù)應(yīng)用還有一定距離。

 

 

目前我國(guó)燃料電池乘用車車型比較少，技術(shù)與國(guó)外存在一定差距，但是商用車在續(xù)駛里程、燃料經(jīng)濟(jì)性、壽命等大部分技術(shù)指標(biāo)已達(dá)到國(guó)外先進(jìn)水平。如今，處于世界智能交通革命最前沿的以色列，已成為燃料替代品和智能交通領(lǐng)域的知識(shí)，研究，工業(yè)和技術(shù)中心，并成為國(guó)際解決方案和合作的領(lǐng)導(dǎo)者。下面來(lái)一起來(lái)了解下以色列對(duì)于氫能燃料技術(shù)方面的制氫、儲(chǔ)氫、加氫等環(huán)節(jié)出現(xiàn)了哪些創(chuàng)新點(diǎn)。

 

 

事實(shí)上，這種“車載水制氫”技術(shù)并不新鮮，在國(guó)內(nèi)外早有研究，甚至可以追溯到上個(gè)世紀(jì)末氫燃料電池汽車概念萌芽的階段。而“車載水制氫氫燃料汽車”最核心的關(guān)鍵技術(shù)是，在車內(nèi)重整制氫。重整制氫的方法主要包括兩種，一種是甲醇-水蒸氣重整，另一種就是使用金屬化合物重整，常見(jiàn)的有三種金屬粉末，硼氫化鈉、氫化鎂和鋁粉。

 

探求可再生能源一直是以色列學(xué)術(shù)界的重點(diǎn)研究方向，以色列七所大學(xué)以及多個(gè)學(xué)院和政府研發(fā)中心早在20多年前便已經(jīng)開(kāi)始了此項(xiàng)挑戰(zhàn)。經(jīng)過(guò)不懈努力，近年來(lái)許多學(xué)術(shù)研究團(tuán)體和私營(yíng)公司已經(jīng)找出一些利用現(xiàn)有知識(shí)來(lái)創(chuàng)造可持續(xù)能源的方法。

 

 

以色列取得了令人矚目的成果。在以色列，有數(shù)百家公司和研究小組在這個(gè)替代燃料空間工作。在不久的將來(lái)，水可能成為氫燃料汽車的來(lái)源，這要感謝以色列科學(xué)家的一項(xiàng)科學(xué)突破。顯然，生產(chǎn)不排放溫室氣體的氫需要將水分子分裂成組成它們的元素，但這一過(guò)程所需要的能量之多，甚至超過(guò)了氫燃燒能夠產(chǎn)生的能量。因此，這種方案并不具有商業(yè)上的可行性。

 

針對(duì)這一問(wèn)題，以色列本古里安大學(xué)的阿里克·尤奇利斯博士、伊里斯·維索利-費(fèi)舍爾博士、以及海法以色列理工學(xué)院的阿夫納·羅斯柴爾德教授領(lǐng)導(dǎo)的研究人員實(shí)現(xiàn)了氫燃料生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新突破。與之前生產(chǎn)方法不同，此次氫燃料生產(chǎn)創(chuàng)新不涉及太陽(yáng)能，研究人員破解了在氧化鐵光電極上過(guò)氧化氫(H2O2)的光化學(xué)分裂過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)機(jī)理，采用環(huán)保方式分解水分子，以產(chǎn)生能量而不需要外部的催化劑。該技術(shù)在幫助減少人類對(duì)碳基燃料的依賴起關(guān)鍵作用，推動(dòng)了汽車行業(yè)的突破性發(fā)展。

 

 

其實(shí)早在2006年，以色列科學(xué)家新發(fā)明了一種裝置，可以在汽車上用水產(chǎn)生氫來(lái)驅(qū)動(dòng)汽車，使之成為零排放交通工具。這種裝置由在美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)工作的以色列科學(xué)家塔里克·阿布—哈米德與在以色列魏茨曼科學(xué)研究所工作的同事共同發(fā)明。

 

其工作原理是：通過(guò)水和硼發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫，氫再進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)燃燒或裝入一個(gè)燃料電池發(fā)電。科學(xué)家說(shuō)，為使硼和水發(fā)生反應(yīng)，必須先把水加熱到數(shù)百攝氏度，使其變?yōu)檎羝?。因此，車輛仍然需要某種啟動(dòng)動(dòng)力，比如說(shuō)電瓶。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，硼和水經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)產(chǎn)生的熱量能夠?yàn)檫M(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的水加熱，產(chǎn)生的氫則可以從發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)移并儲(chǔ)存起來(lái)，用作啟動(dòng)燃料。氫在內(nèi)燃機(jī)中燃燒或在燃料電池中反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的水也可以收集并循環(huán)到車輛燃料箱里，使得整個(gè)過(guò)程在車上完成，真正做到無(wú)排放。硼和水產(chǎn)生的唯一副產(chǎn)品氧化硼可以再加工，轉(zhuǎn)變成硼并循環(huán)利用。

 

 

相比“水氫”汽車，目前國(guó)際上更主流的氫能源汽車是采用燃料電池技術(shù)，隨車裝有高壓儲(chǔ)氣罐，需要到加氫站加氫氣。但因?yàn)榉N種原因，這些氫能源車的推廣之路并不順暢。氫氣存儲(chǔ)相關(guān)技術(shù)和安全性指標(biāo)高，導(dǎo)致加氫站的建設(shè)成本昂貴，直接困擾全球氫能源車的發(fā)展。2018年的數(shù)據(jù)顯示，全球建成的加氫站僅300多座，其中大部分加氫站都集中在日韓、歐洲和北美地區(qū)。

 

 

Engineuity

 

 

以色列Engineuity公司開(kāi)發(fā)的一種裝在內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輛上的獨(dú)特制氫技術(shù)，克服了與氫相關(guān)的所有電流故障，拓寬了混合動(dòng)力汽車的開(kāi)發(fā)研究方向。燃料動(dòng)力系統(tǒng)采用普通的鎂和鋁金屬生產(chǎn)氫能源的基礎(chǔ)原料。這種氫燃料動(dòng)力轎車的運(yùn)行費(fèi)用與普通轎車的差別不大，而且完全不產(chǎn)生任何污染。據(jù)以色列魏茲曼研究所一名教授稱，安裝在轎車內(nèi)部的氫燃料動(dòng)力系統(tǒng)可在高壓下生產(chǎn)連續(xù)的氫和蒸汽流。該系統(tǒng)幾乎可以解決轎車使用氫燃料存在的所有問(wèn)題，包括制造、運(yùn)輸、以及存儲(chǔ)問(wèn)題。

 

 

這項(xiàng)技術(shù)的基本原理說(shuō)來(lái)也不復(fù)雜，金屬線圈的尖端伴隨著水被插入“金屬蒸汽燃燒室”，水在其內(nèi)被加熱至很高溫度，金屬原子與水中的氧結(jié)合生成金屬氧化物，而氫分子被分離出來(lái)，與蒸汽一道被送入發(fā)動(dòng)機(jī)。該過(guò)程中產(chǎn)生的固態(tài)金屬氧化物廢物，還可以收集起來(lái)用于冶金工業(yè)。

 

基于該技術(shù)的轎車補(bǔ)充能量的方法也十分簡(jiǎn)單。轎車的機(jī)械裝置將金屬線卷成線圈，一種真空吸入裝置將之前產(chǎn)生的金屬氧化物收集起來(lái)就可以了。該系統(tǒng)除了具備比較便宜、燃料資源豐富、運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生氫以及零污染排放的個(gè)優(yōu)點(diǎn)外，它還比其他的氫燃料解決方案更具有效率。

 

 

 

GenCell是一家主要提供工業(yè)氫燃料電池的公司，專注燃料電池、氫、動(dòng)力、替代能源、綠色能源、氨。這家企業(yè)的最獨(dú)特的創(chuàng)新技術(shù)是擁有一種氨分解器，能以極低的能耗率和效費(fèi)比將氨轉(zhuǎn)化為氫。這樣的技術(shù)會(huì)應(yīng)用在未來(lái)的汽車工業(yè)，特別是在FCEV的燃料電池電動(dòng)汽車領(lǐng)域。目前，已經(jīng)投入商業(yè)化的擁有局部氨分解能力的新一代燃料電池比傳統(tǒng)的使用液氫工藝的燃料電池?fù)碛械母偷木S護(hù)成本和燃料成本，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，液氨燃料電池可以做長(zhǎng)期的儲(chǔ)備電源使用，而不僅僅是應(yīng)急備用電源儲(chǔ)備。

 

 

2018年6月5日，GenCell Energy發(fā)布了GenCell A5離網(wǎng)電源解決方案，這是世界上第一個(gè)經(jīng)濟(jì)實(shí)用的柴油發(fā)電機(jī)替代品。GenCell A5電力解決方案是通過(guò)使用一種廉價(jià)且易于使用的液體燃料氨來(lái)釋放燃料電池的能量，該公司的專利技術(shù)使其堿性燃料電池對(duì)電信、公用事業(yè)、國(guó)土安全、醫(yī)療保健和自動(dòng)化行業(yè)來(lái)說(shuō)都很實(shí)用。

 

 

 

 

大規(guī)模采用可再生能源作為能源最大的問(wèn)題之一就是能源儲(chǔ)存的難點(diǎn)和成本。如今，H2energy Now開(kāi)發(fā)的技術(shù)則是利用無(wú)線電波將水中的氫分離出來(lái)單獨(dú)放置，然后用于提供電力等能源。這項(xiàng)技術(shù)受到了歐盟國(guó)家的廣泛認(rèn)可。

 

H2energy Now是第一家想到用無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)氫能利用這一目標(biāo)的公司。利用無(wú)線電波幫助分離氫是一項(xiàng)高效并且可大規(guī)模應(yīng)用的技術(shù)。研究表明，基于無(wú)線電波的分子分離遠(yuǎn)比電解法高效，轉(zhuǎn)化率可高達(dá)89%，而使用傳統(tǒng)電解法通常只能獲得水中60%的氫。這大大提升了其技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)力。

 

不過(guò)，這項(xiàng)看似完美的技術(shù)也有自身的局限性。據(jù)《以色列時(shí)報(bào)》報(bào)道，H2 Energy Now公司使用的無(wú)線電波對(duì)天然氣就并不起作用，無(wú)法從天然氣中獲取氫，但是現(xiàn)在市場(chǎng)上大部分商業(yè)生產(chǎn)的氫卻都是從天然氣中獲得的。

 

 

全球主要汽車制造商都在積極開(kāi)發(fā)氫動(dòng)力汽車，但高壓氫安全問(wèn)題和基礎(chǔ)設(shè)施成本阻礙了這一市場(chǎng)的擴(kuò)張。位于以色列耶路撒冷的NrgStorEdge公司是氫能車輛儲(chǔ)能技術(shù)的開(kāi)發(fā)者。該公司擁有專利儲(chǔ)能技術(shù)，可安全、廉價(jià)地用于零排放氫動(dòng)力汽車，而無(wú)需高壓來(lái)儲(chǔ)存氫氣，加速了零排放運(yùn)輸市場(chǎng)。

 

NrgStorEdge使用一種含水的、無(wú)毒、不易燃、可充電的NrgLiquid液體（甲酸鉀和水），與特殊催化劑一起攪拌，并按需釋放出氫氣供燃料電池立即使用。使用過(guò)的NrgLiquid通過(guò)另一種催化過(guò)程返回氫氣，通過(guò)攪拌速度控制氫氣流速。只有高壓相關(guān)部件在氫動(dòng)力汽車和加油站被替換，其他系統(tǒng)保持不變。整個(gè)循環(huán)在接近環(huán)境條件下進(jìn)行。

 

 

這種解決方案極大地提高了安全性，同時(shí)降低了氫的運(yùn)輸、基礎(chǔ)設(shè)施和處理成本。該公司也得到了以色列政府和耶路撒冷發(fā)展局的批準(zhǔn)和財(cái)政支持。

 

 

 

Electriq~Global已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種由60％的水組成的突破性燃料，是電池和壓縮氫氣的經(jīng)濟(jì)型替代品。Electriq所使用的是從水基燃料中提取氫，然后用于發(fā)電的技術(shù)。Electriq稱，其提供的水溶液能量密度比現(xiàn)有的電池系統(tǒng)更高，受環(huán)境溫度和壓力影響方面也更安全，這種新型燃料將使零排放汽車成為可能。

 

 

Electriq-Global系統(tǒng)包含三個(gè)關(guān)鍵要素：液體燃料（Electriq-Fuel）與催化劑（Electriq-Switch）反應(yīng)以按需釋放氫氣，然后將乏燃料捕獲并帶回工廠，在那里用氫和水進(jìn)行再循環(huán)使用(Electriq~Recycling)。該公司聲稱，在環(huán)境溫度和壓力下，整個(gè)過(guò)程本質(zhì)上是安全的。其能量密度是目前電動(dòng)汽車使用的電池的15倍。該公司還聲稱，與鋰離子電池或壓縮氫技術(shù)等綠色能源競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手相比，這種新燃料可以以一半的成本實(shí)現(xiàn)兩倍的續(xù)航里程。

 

 

除了關(guān)鍵的水元素，Electriq開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)里還使用了四氫生物蝶呤（BH4）和自行研發(fā)的能夠引發(fā)氫從混合物中產(chǎn)生的金屬層。他們還推出了被稱為Electriq~Fuel的燃料補(bǔ)充站方案，使用兩個(gè)接管口：一個(gè)用來(lái)加入新燃料，另一個(gè)用來(lái)清除廢液。那些用過(guò)的燃料將被送往工廠，并補(bǔ)充水和氫，這樣就可以重復(fù)使用。其燃料解決方案可以讓氫燃料電動(dòng)車取代對(duì)大型電池或高壓壓縮氫罐的需求。其技術(shù)帶來(lái)了駕駛里程、加油時(shí)間和燃料成本的顯著改善，并改變了包括交通和能源存儲(chǔ)在內(nèi)的許多領(lǐng)域的游戲規(guī)則。

 

Electriq-Global總部位于澳大利亞墨爾本和以色列海法，在香港設(shè)有第三個(gè)辦事處。該公司研發(fā)的技術(shù)獲得了美國(guó) - 以色列雙邊工業(yè)研究與發(fā)展（BIRD）基金的撥款。

 

 

預(yù)計(jì)到 2050 年，氫能源需求將是目前的 10 倍。預(yù)計(jì)到2030 年，全球燃料電池乘用車將達(dá)到 1,000 萬(wàn)輛至 1,500 萬(wàn)輛。由于市場(chǎng)潛力大，大企業(yè)加大研發(fā)，一些國(guó)家也加大支持力度，力圖通過(guò)發(fā)展氫能解決來(lái)能源安全，并掌握國(guó)際能源領(lǐng)域的制高點(diǎn)。