上周，周小刊的朋友圈里一則《水氫發(fā)動(dòng)機(jī)在南陽(yáng)下線，市委書記點(diǎn)贊》的新聞刷屏了。這則報(bào)道指出，已正式下線的水氫發(fā)動(dòng)機(jī)由青年汽車集團(tuán)于2017年8月發(fā)布。這款“全球首輛水氫燃料汽車”號(hào)稱可以通過(guò)一種特殊的催化劑將水轉(zhuǎn)換成為氫氣，在不加油、不充電、只加水的情況下，實(shí)現(xiàn)水氫燃料汽車?yán)m(xù)航里程超過(guò)500公里、轎車超1000公里。

在南陽(yáng)洛特斯新能源汽車有限公司廠區(qū)展示的“水氫發(fā)動(dòng)機(jī)車”（圖片來(lái)源：新華社）

水變氫，并不難

在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，分解成氫氣和氧氣。

2H2O＝2H2↑+O2↑

反應(yīng)遵循法拉第定律，氣體產(chǎn)量與電流和通電時(shí)間成正比。

在一些電解質(zhì)水溶液中通入直流電時(shí)，分解出的物質(zhì)與原來(lái)的電解質(zhì)完全沒(méi)有關(guān)系，被分解的是作為溶劑的水，原來(lái)的電解質(zhì)仍然留在水中。例如硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等均屬于這類電解質(zhì)。

在電解水時(shí)，由于純水的電離度很小，導(dǎo)電能力低，屬于典型的弱電解質(zhì)，所以需要加入前述電解質(zhì)，以增加溶液的導(dǎo)電能力，使水能夠順利地電解成為氫氣和氧氣。

然而，請(qǐng)注意，南陽(yáng)的水氫燃料汽車在不加油、不充電、只加水和特殊催化劑的情況下就能跑。小編好像看到了永動(dòng)機(jī)。

水氫電池的真相

水氫電池之前也有過(guò)報(bào)道，是甲醇-水蒸氣重整氫燃料電池。

所謂甲醇-蒸汽重整制氫，就是甲醇與水蒸氣在一定的溫度、壓力條件下通過(guò)催化劑的作用生成氫氣、二氧化碳和一氧化碳，此后，產(chǎn)氣如果要進(jìn)入燃料電池，需要將產(chǎn)氣再通過(guò)變換反應(yīng)以及純化步驟去除其中的一氧化碳，最后不含一氧化碳的富氫氣體才能進(jìn)入質(zhì)子交換膜燃料電池。

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理所在甲醇重整制氫和燃料電池電池應(yīng)用方面頗有建樹(shù)。同時(shí)，中國(guó)也有一批采用上述技術(shù)進(jìn)行燃料電池應(yīng)用的公司。

氫從哪里來(lái)？

國(guó)際氫能源委員會(huì)發(fā)布的《氫能源未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)調(diào)研報(bào)告》預(yù)測(cè)，到2050年，氫能源需求將是目前的10倍，預(yù)計(jì)到2030年，全球氫能燃料電池乘用車將達(dá)到1500萬(wàn)輛。

清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院教授、國(guó)際氫能協(xié)會(huì)副主席毛宗強(qiáng)在接受周小刊采訪時(shí)曾表示，我國(guó)每年生產(chǎn)氫氣2000多萬(wàn)噸，已連續(xù)多年位居世界第一。氫氣制備包括多種途徑：

化工原料制氫

即通過(guò)甲醇、乙醇、液氨等原料分解制氫；

石化原料制氫

即使用石油、煤炭、天然氣等資源和水蒸汽反應(yīng)；

電解水制氫

即通過(guò)電解水分解為氫氣和氧氣，可利用太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電降低CO2排放。

據(jù)毛宗強(qiáng)介紹，國(guó)內(nèi)95%~96%的氫氣來(lái)自化石能源，例如煤炭、天然氣和石油。國(guó)際上天然氣制氫路徑較多，國(guó)內(nèi)由于天然氣短缺且成本較高，所以以煤制氫為主。相比之下，在多種制氫工藝中，煤制氫成本最低，但污染也最為嚴(yán)重。如今溫室氣體減排已經(jīng)引起國(guó)際社會(huì)的高度關(guān)注，利用氫能時(shí)需要考慮環(huán)保因素。煤制氫工藝，生產(chǎn)1公斤氫氣排放20公斤CO2；天然氣制氫工藝，生產(chǎn)1公斤氫氣排放5公斤CO2。

“各地稟賦不同，我們提倡因地制宜利用氫能?；谀茉磁c環(huán)保的考慮，我們主張利用國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的副產(chǎn)氫，例如氯堿副產(chǎn)氫以及焦?fàn)t煤氣副產(chǎn)氫。與此同時(shí)，氫能和可再生能源耦合也是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。目前許多地區(qū)風(fēng)電、光電等供過(guò)于求，過(guò)剩的發(fā)電能力可以通過(guò)電解水生產(chǎn)氫能，即通常所說(shuō)的P2G模式?！泵趶?qiáng)表示。

國(guó)家發(fā)改委能源研究所研究員劉堅(jiān)指出，我國(guó)化石能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫已具相當(dāng)規(guī)模，堿性電解水制氫技術(shù)成熟，固體質(zhì)子交換膜電解水（SPE）制氫和固態(tài)氧化物電解水（SOEC）制氫仍處于技術(shù)研發(fā)階段。未來(lái)清潔能源制氫是氫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，降低可再生能源制氫成本仍然存在挑戰(zhàn)。

氫燃料電池車前路漫漫

劉堅(jiān)表示，我國(guó)氫能工業(yè)雖然具備一定產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，但氫能的高成本、基礎(chǔ)設(shè)施不足和標(biāo)準(zhǔn)體系不完善更是各國(guó)發(fā)展氫能所面臨的共同挑戰(zhàn)。并且國(guó)產(chǎn)燃料電池產(chǎn)品總體功率密度、系統(tǒng)功率、耐久性還較低，質(zhì)子交換膜、催化劑、膜電極等燃料電池關(guān)鍵材料和核心部件、高壓比空壓機(jī)、氫氣循環(huán)泵等系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)口依賴度高，且生產(chǎn)能力不足，產(chǎn)品價(jià)格較高。

除了技術(shù)方面的不足，毛宗強(qiáng)認(rèn)為，國(guó)家的政策不明朗也阻礙了氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2014年11月，國(guó)家提出對(duì)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)且日加氫能力不少于200公斤的新建燃料電池汽車加氫站，每站獎(jiǎng)勵(lì)400萬(wàn)元，但執(zhí)行一年之后沒(méi)有持續(xù)推進(jìn)。但地方政府在這方面比國(guó)家層面超前。例如，佛山對(duì)新建固定式加氫站最高補(bǔ)貼800萬(wàn)元，加氫站運(yùn)營(yíng)也可以獲得相應(yīng)補(bǔ)貼。此外，我國(guó)加氫站建設(shè)的審批程序也不明確，妨礙了加氫站建設(shè)的步伐。

與此同時(shí)，當(dāng)前氫能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)“一窩蜂”上項(xiàng)目的苗頭。一些地方政府，在沒(méi)有做好技術(shù)調(diào)研和市場(chǎng)分析的情況下，盲目跟風(fēng)引進(jìn)項(xiàng)目。毛宗強(qiáng)希望產(chǎn)業(yè)發(fā)展能夠更加腳踏實(shí)地，“雖然今天要依靠政府的扶持，但也要為將來(lái)實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化早做打算。”