氢能是否人类终极能源? 能量块技术能实现吗

时间:2022-01-20 06:52:59 作者:admin 53226
能量块技术能实现吗

氢能是否人类终极能源?

去年一则水氢发动机下线,车辆加水就能行驶的新闻引起了全民热议。这则新闻的主角青年汽车号称生产出了全球首辆水氢燃料车,不加油不充电只需加水,续航里程超过500公里,轿车续航里程可达1000公里。

真的是高手在民间,这是要实现国家的能源资源自由了吗?据说,通过一种特殊催化剂,可以将水转换成为氢气,再输入氢燃料反应堆产生电能,然后驱动车辆行驶。这件事最后也是以闹剧收场,但是值得注意的是,这种低级的骗局却成功骗了当地政府及新闻媒体。而这背后,是人们对于氢能的误解。

氢能的优势

很多人将氢能看成是21世纪的终极能源,原因就是在于它具有能量密度大、燃烧热值高、零污染以及其来源广的特点。对于目前世界面临的能源危机和环境污染问题,氢能似乎是解决这些问题的一把钥匙。

氢作为元素周期表中最小的原子,也是宇宙中分布最广泛的物质,宇宙质量中75%都是氢。此外,氢的燃烧热值很高,在各种燃料中其燃烧值仅次于核燃料,是汽油的3倍。氢能作为二次能源,可以集中式、大规模、长时间储存。

最重要的是氢是零碳的,其燃烧后产生的是水,水通过电解反应又可以生成氢气,所以这是一种无污染,无温室气体排放,可循环使用的能源。氢的利用形式也很多,可以通过燃烧产生热能,进而代替煤和石油,还可以可以作为能源用于燃料电池直接产生电能。

中国科协主席万钢说,如果说风电、光伏发电是当前新能源行业的主导力量,氢能源就是能源领域的未来之星。很多专家也表示,氢能将成为改变传统能源的终极目标,发展氢能产业是人类能源结构调整和产业结构转型的必由之路。

世界各国争相发展

既然氢能源的优势这么多,那么氢能产业的发展也必会受到各国的关注。很多国家在氢能领域可谓下足了功夫,氢能应用技术也发展的越来越成熟,氢能及燃料电池技术成为促进经济社会实现低碳环保发展的重要创新技术。

像美国、日本、德国等发达国家更是将氢能规划上升到国家能源战略高度,目前欧美日多国已经开发出很多款氢能源燃料电池汽车,并建立了众多加氢站,特别是日本。众所周知,日本是传统能源极为匮乏的国家,而日本的基础科技又相当发达,因此日本成为全球发展氢能最积极的国家,氢能已经被日本确立为未来关键能源,并提出要率先实现“氢能源社会”。

同样,我国也对氢能源十分重视,最近几年也是出台了很多氢能利用和发展的相关产业政策。在国家政策的大力支持下,我国的氢能产业正在进行区域布局,现在已经有20个省市正在做氢能的发展规划和氢燃料汽车的发展规划,这些都标志着氢能产业被纳入国家能源战略。目前, 国内已经有多城市使用了氢能公共汽车或者氢燃料重型卡车了。

氢能成为终极能源的困局

氢能虽然优势很多,但是目前仍然有许多问题存在。

首先,氢能的获取并不容易,氢能的获取,有限度、有难度。自然界没有单质氢气可以开采,必须从含氢物质中提取。很多人想到用电解水来制取氢气,但是通过这种方式最显著的特点就是成本太高。科学家虽然一直在寻找一种催化剂能够降低水电解的成本,但是还一直没有找到合适的方法。高成本意味着在短时间内,氢能源的利用还是无法得到普及。

此外,氢能属于二次能源,需要经由燃料电池经过一次能源转化,因此在转化过程是需要消耗能量,而这个转换还会浪费很多的能量,以目前的技术氢能源能量转换效率还不高。而人类追求的应该是一种更加绿色、更加高效的能源准换方式。

最后,目前输送氢能源的技术还比较低。氢能的特点决定了其储存存在很多不便,由于氢气属于易燃易爆气体,所以在运输、贮存中碰撞或遇到高温或氢气不慎泄漏都可能导致火灾、爆炸。

总结

新能源已经成为如今科技领域的有一个风口,各国都在寻找能够替代传统化石能源的高效、绿色能源。相信随着科技的不断发展,更加高效、更加绿色的能源会被人类不断发现并利用。从目前来看,将氢能源定义为终极能源还为时过早。

日产停止开发氢能汽车,感觉电动汽车才是正确的发展方向,氢能真的不行吗?

弱国无外交,天下苦美久矣,日本只是大国争夺战略主导权的牺牲品。

中东和以色列都在美帝掌控下,石油美元霸权得以建立。美帝的页岩油开采技术突破后逆袭进入产油No.1进一步巩固了石油和美元,带来的优势就是美联储可以无限放水割全世界韭菜。

先说电动化

欧盟:为了阻止气候变暖我们不用油了我们要推电动化(排放标准加码,制定燃油车终结表)

天朝:我跟!(排放标准加码,新势力如雨后春笋)

美帝:我是村霸什么都要争个第一,分分钟造个电动车出来教你们做人。(特斯拉横空出世)

日本:怎么年轻人都不讲武德呀,我苦练氢功几十年指着有朝一日雄霸天下你们说调头就掉头啊,大家别被他们骗了,汽车电动化解决不了环境问题。

马斯克轻装上阵特斯拉一飞冲天,大众打了个哆嗦,立刻转型推出ID系列重仓押上。日本车企船大难掉头至今没有动作。

以前的丰田对蝼蚁是不睬的,今年的丰田章男是真急,频频嘲讽电动化和特斯拉,心态焦虑可见一斑。混动终究是个过渡品,最终或许长期与纯电车共存,但在电动化上日本已经没有优势了,天朝和美帝无论技术还是动作都太快了。

再谈氢能源

制氢技术没有突破,成本高昂。加氢站并不如充电桩那么容易普及,没有政府主导的情况下不太可能大面积铺设,目前看氢能源要推广很难了。

说到推广,特斯拉来势汹汹也没有撼动燃油车的份额,一己之力是匹夫之勇,蚍蜉撼树。挑战燃油车是需要狼群效应的。

天朝引进特斯拉一方面形成良性竞争倒逼企业加速研发,另一方面通过大量电动造车势力带动大批供应商崛起,最大的双赢是通过特斯拉和众竞争对手形成狼群效应一起对传统市场发起冲击,占领市场进而带动整个产业链崛起从而抢占世界制高点。这些日本都理解无能,也没机会参与,神仙打架日本这些小国只能吃瓜,很可惜的是长此以往未来的日本车企可能要落后一阵子了

氢燃料电池会是汽车发展的终极能源吗?

淘金客说:我跟燃料电池打了多年交道,如果按现有的技术框架来看,氢燃料电池技术只适合特种行业,在汽车上没有前途,不是终极解决方案。主要问题出在氢上。下面尽量说得容易理解一些,不想看的可以直接跳到结尾看结论。

现有技术框架

以丰田为代表吧,目前全世界已经在推广的氢燃料电池车,技术框架都差不多:加氢站用100MPA压力储存氢气,就是把氢气压缩1000倍(实际考虑到气体压缩因子,大约只能放出600多倍),汽车用70MPA压力储存氢气(实际约490多倍)。加氢站压力大,汽车接上去就能直接加氢了。

氢能源理论上说有很多好处:最重要的是,反应后排放的是纯水,无污染无温室气体;然后是氢的热值比较高之类的……但是,这些优势其实是有问题的。

氢的来源

第一个问题:氢从哪里来?从化石能源中提取是目前成本最低的,但是化石能源中除了氢,还有碳啊,不可能只要氢不要碳吧?目前天然气重整(如下图)、石油重整、煤制氢……这些生产氢的过程中都不可能避免要产生二氧化碳,这就让“氢能源不产生温室气体”这个优势大大减弱了。当然,集中生产时可以搜集起二氧化碳再处理,可这样一来成本就大大增加了。

电解水可以制氢,现在赞同发展氢能源的都积极宣传“用可再生能源比如风电、光电制氢”。但是,撇开别的技术问题不说,只讲效率的话,5度电才能制1立方氢,1立方氢就算进燃料电池这么高效的发电装置,也只能勉强发出2度电——实际淘金客测得的最高效燃料电池大约每千瓦每分钟消耗10升氢气,1立方氢到不了2度电……电解水制氢足足会损耗掉60%的电能,这是基本原理决定的!如此大的损耗,即使短期内能利用一下某些地方的“弃风弃光(意即盲目上马无法并网的风电和光电)”,但长期看是没什么前景——还不如把电通过专用电网送出来直接使用,损耗小得多。

氢的运输和存储

即使能以很低的成本获得氢,氢的储存和运输又是个大问题——所谓“氢的能量密度高”是个陷阱,因为这个热值是按重量来计算的,但偏偏氢是最轻,所以从体积上看氢的能量非常低,即使按丰田的70MPA技术(国内目前还主要是35MPA),压缩了490倍以后1升容积的高压氢,热值连1升汽油的1/5都不到!即使是液氢,按体积算也只有汽油的1/3不到!

问题是,这只算了燃料本身,没有算容器、管道啊!汽油箱简单轻薄,车载的氢气罐可是扛700个大气压的压力啊!综合算下来,目前高压氢的全系统能量密度实在太低了!美国能源部曾经给出个参考值:储氢系统每100公斤重量能储存7公斤氢,就达到了实用化的边缘,而丰田的70MPA储氢系统大约只能储存5公斤氢。

储存如此麻烦,运输就更不划算了!前面说了“用弃风弃光电能制氢”,但弃风弃光基本上都是在西北。在西北制了氢,怎么弄到内地来?有人测算过,如此低的体积能量密度,即使以100MPA的压力罐装运输,超过300公里成本就变得不可忍受。

氢的安全性

理论上说氢气其实比氧气安全,氢在空气中要达到4%的浓度才会爆炸,而氢非常轻,扩散速度也就非常快,在开放空间中难以达到这个浓度。但注意这是在开放空间中,加氢站的储氢罐呢?管道呢?如果不是露天,就不能算开放空间。因此,全球目前还不到1000座加氢站,但淘金客就已经看到了4起加氢站爆炸事故,有挪威(如下图)、韩国、美国……

此外,高压也不安全。汽车轮胎还不到1MPA的压力,爆胎就能炸死人。车上的氢气罐最小也有35MPA啊。淘金客亲身经历过一件事,一个很小的氢气减压阀(把氢气从35MPA压力减下来后才能送进燃料电池里使用)坏了,阀里有30MPA的压力,大家束手无策,一个技术人员壮着胆子违规拆了一颗螺丝,螺丝BIU地一声飞出去打在办公桌的隔板上,嵌进去很深……

另外还有所谓“氢脆”现象,长期与氢接触的很多金属,慢慢会被氢离子渗入变脆,强度下降……连钛合金都不能幸免,1-2年就不行了。

燃料电池的问题

其实是多亏了氢燃料电池的高效率,所以尽管70MPA氢的体积能量密度只有汽油的几分之一,丰田的氢燃料电池汽车续航里程还能勉强与普遍汽车比一下,不至于只有几分之一。但燃料电池本身也有问题,成本什么的不说了,问题还是出在催化剂上。催化剂要用到铂导致成本高也不说了,很少被人提到的一个问题是:催化剂会“中毒”。长期接触空气,空气中的杂质累积后,会慢慢改变催化剂的效率,越来越低……

总的来说,就是燃料电池的寿命短,目前传说最好的大约在20000小时,和汽油机的50000小时比差得远,不过这倒不算太大的问题。

结论

以目前的技术框架来看,燃料电池汽车没有前途,理由如下:

一、高压储氢系统能量密度太低,而且问题几乎是无解的

二、氢的制备和运输是难题,有些问题几乎是无解的

三、燃料电池部分技术还要再提高

锂电池与氢燃料电池,哪个更有前途?

先上结论:锂电池会继续发展,氢燃料电池汽车和锂电池汽车会取代传统燃油车,氢能在能源领域会发挥更大作用。

1、锂电池会继续发展。虽然目前锂电池相比传统燃油车,存在充电时间长、续航里程短等问题,但电池就在继续发展,未来充电时间会显著减少,换电模式形成标准且广泛应用后,会显著提升锂电池的应用水平和使用范围。

2、氢燃料电池汽车和锂电池汽车会取代传统燃油车。2030碳达峰、2060碳中和,为了这个目标发展,燃油车会逐渐退出历史舞台,目前欧洲和日韩比较激进,其他国家逐渐跟进来制定燃油车的退出时间表,未来车辆会是这两类新能源车占主导,本人感觉锂电池车的份额会更大些。

3、氢能在能源领域会发挥更大作用。其实氢燃料电池汽车只是氢能的一类终端应用,氢能本质上是一种能源载体,在未来与风光等可再生能源搭配,在储能领域会发挥更大的作用,解决日间错配、月/季度错配甚至跨年储能,在分布式供能、应急供能等领域也将占有一席之地,预计氢能在未来能源的份额将达到10~20%,在未来会有飞跃式的发展。

应不应该对燃料电池(氢能源)继续抱有幻想?

关于氢能源的研究和未来使用的问题,

我目前看法是:

1:科学研究是科学研究,与现实生产,民间全面使用从目标看还有相当距离的路要走。

2:一切从实际出发,根据国力,居民消费能力,可行性出发,目前都还不具备使用该项并不适合大面积推广的技术,也就是说,从使用的实际效果意义,并不具备大面积推广的时机。

3:在国力允许的情况下,可以投入适当的研究经费,以期对该技术的研究,发展,使用,有新的发现,而对将来可能使用该技术不致全无知晓。

4:任何科学技术,都是不断发现,不断完善的,

这次新的能源技术的市场化实用,这其中的可行性,只能由市场使用实践的结果来证明。

技术在不断发现和完善,

市场使用的经济性,本身也是实践证明可行性是否的必由之路,也是一项试探与研究分析的实践活动。

实践是证明真理的唯一正确方法!

发展氢能源汽车靠谱吗?为什么?

个人感觉现在还不靠谱,现在中国乘用车保有量3亿 一年需氢气6666亿立方米,6000万吨,中国一年工业副氢商业剩余量38万吨,制氢产能240万吨,根本不够用,现在加气站还未普及,就像电动车开始一样找不到加气站,而且中国电动车已经发展到一定是规模,要想让大家接受氢能源汽车需要时间,电动汽车的价格已经很便宜了,10万人民币就可以买到,而丰田氢能源汽车要大约40万人民币,现在氢能源汽车产量也不高每年大概大几千辆。

氢能源汽车能否成为下一个风口?为什么?

中国加氢站数量世界排名第四,未来建设布局有望提速

加氢站作为氢能源产业或者氢能源下游应用发展的重要基础设施,是各国建设布局的重点。据前瞻产业研究院发布的《中国氢能源行业发展前景预测与投资战略规划分析报告》统计数据显示,数据显示,2018年全球新增48座加氢站,截止到2018年底,全球加氢站数目达到369座。其中,欧洲地区加氢站拥有量为152座,位居世界第一亚洲136座、北美78座,其他地区仅3座。此外,在全部369座加氢站中,有273座对外开放,可以像任何传统的零售站一样使用其余的站点则为封闭用户群提供服务,比如公共汽车或车队用户。

2016-2018年全球加氢站数量分布情况

数据来源:前瞻产业研究院整理

从国家的角度来看,日本凭借96座加氢站位居全球第一德国和美国分别排名第二和第三,但在加氢站数量拥有量上同日本的差距依然较大。但日、德、美三个国家加氢站共有198座,占全球总数的54%,也显示出了三国在氢能与燃料电池技术领域的快速发展及绝对领先地位。此外,中国加氢站数量为23座,位居全球第四,排名也相对靠前。

2018年全球部分国家加氢站数量拥有量统计情况

数据来源:前瞻产业研究院整理

相关政策频发,支持氢能产业发展

科技部原部长万钢曾表示,氢具有来源广泛、大规模稳定储存、持续供应、远距离运输、快速补充等特点,在未来车用能源中,氢燃料与电力将并存互补,共同支撑新能源汽车产业发展,必须加强协同创新,加快推动氢能燃料电池产业全面发展。

自2011年以来,我国政府有关部门从战略、产业结构、科技、财政等方面相继发布了一系列政策,引导并鼓励包括氢燃料电池和相关产业在内的氢能产业发展。

在今年短短几个月中,氢能及燃料电池产业也多次被国家发改委"官宣":

2月,国家发改委官网发布"国家发展改革委、商务部关于《鼓励外商投资产业目录(征求意见稿)》公开征求意见的公告"。其中直接涉及氢能和燃料电池领域的目录共计6条,涵盖氢燃料制取、储运及相关设备,燃料电池关键零部件,燃料电池车核心部件,氢能基础设施等全产业链类目。

3月,国家发改委连同工业和信息化部、自然资源部、生态环境部、住房和城乡建设部、人民银行、国家能源局等有关部门,制定并发布了《绿色产业指导目录(2019年版)》。其中,新能源汽车关键零部件制造和产业化,充电、换电及加氢设施制造,燃料电池装备制造,氢能利用设施建设和运营被列入目录。

4月,国家发改委会同有关部门对《产业结构调整指导目录(2011年本)(修正)》进行了修订,形成了《产业结构调整指导目录(2019年本)(征求意见稿)》,并在官网上发布向社会公开征求意见,氢能及燃料电池产业被纳入鼓励类发展。

产业成熟度欠缺,氢燃料汽车仍在艰难前行

氢燃料电池汽车作为未来发展的一个重要技术路线,并且由于其在排放、续航里程、使用便利等方面的优势,被认为是新能源汽车发展的终极目标。

然而,从目前情况来看氢燃料电池车仍存在一些劣势,它还有很艰难的路要走。

氢燃料电池汽车的产业成熟度远远落后于电动汽车,整个氢能产业链不管是氢的制造与运输,燃料电池系统和加氢站应用,都是大众所不熟悉的。据了解,氢燃料电池汽车的整个产业链制造成本居高不下,是影响其普及的一个重要原因。

一方面,氢燃料电池的运行催化剂是铂金,全球年产量约为两百吨。铂金极易受到周边空气质量的影响,空气中有害气体过多就会影响金属铂的使用效率,从而影响电池性能的可持续性。

另一方面,加氢站的投资成本要远远超过加油站或者充电站。虽然加氢速度可以比拟加汽油,但是加氢气需要高压处理,而不是汽油的常压。同时,高压氢的储存、运输和加注过程,包括汽车在运行过程中可能遭遇碰撞时存在的安全问题也是一大隐患。

氢能源行业发展前景看好 亟需加强协同创新攻克技术难关

因此,业内人士表示,虽然氢能未来前景看好,但氢能产业发展仍存在着诸多瓶颈,需加强协同创新和顶层设计,扩大氢燃料电池的应用范围,同时加强技术攻关,支持龙头企业加大投入,充分利用国内外优势资源,培育并形成具有自主核心技术的产业化能力。

如果找到一种催化剂,以很低的成本把水分解成氧气和氢气,人类是不是就摆脱了能源问题?

很多人鼓吹研究一种催化剂,在常温条件下分解水,产生氧气和氢气,就解决能源问题了。

对此,我只想说,说出这种话的人,多半是初中就没毕业的文盲,或者是没怎么读过书的,还是个科学盲,一点物理化学知识都不懂。另外鼓吹未来有了核能,可控核聚变,或者微小核聚变反应,就能大大解决能源问题,这种人你也可以划到这一类人。

首先说催化剂的定义,是改变化学反应的路径,使得难以发生的化学反应,能够容易的发生,前提条件是,这个反应本身倾向于容易发生。举个栗子,你想从一座小山上,把一块大石头推到山脚下,而这块大石头前面有一颗树挡着。这种情况,我们知道石头从山上推下来,只要没什么挡着,是很容易发生的,偏偏有一棵树挡着,你要越过去很难,这时候,如果你设计一条路让石头从侧面走,成功的把大石头推下山,这就是催化剂的作用。

再来说说,水分解产生氧气和氢气。我们知道氢气很容易燃烧,并且容易爆炸,放出大量的热,这就相当于把石头从山上推到山脚下,非常容易,一点火就能发生了。而水分解产生氧气氢气,是一个逆向的反应,就相当于把一块大石头从山脚下推到山顶上,这容易吗?这个反应可以发生,但是前提是你要提供大量的能量,无论你使用什么催化剂,提供什么路径,要想这个反应发生很难很难,电解水需要提供大量的电能。我们来说说,用催化剂,使水在太阳光下电解,产生氢气,这个过程理论上可以做到,但是太阳光的能量太弱了,即使能发生,水分解的速度也非常非常慢,能量不够。

这就来说说氢能源汽车,你花费大量的电能来产生氢气,又让氢气在燃料电池中反应产生电供给汽车,这两个过程都有大量能量损失,成本消耗很高。另外,氢气产生了,非常轻,容易泄露,很不安全,运输储存这都是很大的成本。燃料电池要用到催化剂铂,铂很贵,而且气体不纯铂很容易中毒,这就要求氢气纯度很高,所以成本也会很高,因为纯度不够的氢气或许可以拿来燃烧,但是没法用在电池上。

最后说说核聚变,理论上核聚变在未来或许可以实现,当然这是在理论上。以目前最新的研究水平,没有一个人能保证未来50年一定能实现可控制的核聚变,目前的科技水平还没摸到边。所以提出这种说法的,多半是不了解科技发展的,一个苹果不可能一口吃下,也许可控核聚变未来500年才会实现呢,那时候你都成灰了,现在也就是瞎想而已,毫无根据的瞎想。

氢能是新能源吗?

氢能(Hydrogen Energy)是指氢和氧进行化学反应释放出的化学能,是一种清洁的二次能源,具有能量密度大、零污染、零碳排等优点,被誉为21世纪的“终极能源”。

如果出现一种取之不尽、用之不竭的能源,每个国家开采使用成本极低,对世界格局有何影响?

这种能源不但存在,而且最有望在我国率先实现应用。

19世纪,人类担心煤炭能支撑多久。

20世纪,人类担心石油能支撑多久。

21世纪,随着科学技术的发展,页岩气、可燃冰等新型能源的出现,极大的缓解了人类的焦虑。关于能源的焦虑,实质上只是对科学技术的焦虑。肯定还有很多的能源我们尚未发现,也有很多已经发现的能源我们还不能充分利用。

而问题中所说的取之不尽用之不竭的能源是存在的——可控核聚变,通俗点说就是人造太阳。可控核聚变是存在的,但是技术是受限制的,不过一旦技术成熟实现商用,那么改变的将不只是世界格局,还将开始各国走向太空的博弈。

人类5000年的文明,说到底还是一种存量博弈。就是蛋糕只有那么大,你分的多我就分的少,你全吃了我只有饿死,因为强者掠夺了弱者的资源。几次工业革命虽然让世界的生产力大大提高,绝大多数人都能保证基本的生存,但只有少数人能过上舒适的生活。

为什么这种局面不能改善?因为科学技术发展到了瓶颈期,生产力得不到质的飞跃。但是可控核聚变一旦实现商用,那么世界的这种存量博弈的现状将发生变化,因为量在无限增大,就是资源在无限增长。

我们就拿决定人类生活水平的三大要素来说:

1.粮食

实现可控核聚变之后,我们就有了廉价的电力,就可以建设超级农业工厂,全天不间断供电照明,加快光合作用,农产品生长周期大大缩短,成千上万吨的农产品供应给人类。

2.矿产

对生产力而言,矿产中最重要的就是石油,石油就是动能,是我们上天下海的能源供应之本,可控核聚变实现之后,装载可控核聚变的发动机是不是比石油更加便捷有效?这也就是为什么说未来的博弈将在太空。

3.电力

电力不用说了,可控核聚变将极大提高发电量,电力价值将微不足道,以后电解海水说不定就跟现在矿泉水装瓶一样普通。电解海水成本低之后我们就能够让沙漠变绿洲,改善人类的生活质量。


说了这么多,都是建立在可控核聚变实现之后的基础上。那么这一技术现在到底发展到什么阶段?别的国家我们不知道,但是中国政府的计划是2050年搞出可控核聚变的商用炉,这是多么的可喜可贺。现如今所有的相关成果中,我国的研究进展最为靠前。因为我们有无尽的人才,技术储备也充足,也敢烧钱,还有集中力量办大事的体制。

如果可控核聚变实现的这一天到来,那不只是中华民族的复兴,还是整个世界的繁荣。

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