氫燃料電池汽車的環(huán)境效益分析

1、氫燃料電池汽車的環(huán)境效益分析石油、煤炭、天然氣燃燒產(chǎn)物主要是二氧化碳，造成地球溫度逐年升高。同時，化石燃料中還含有雜質(zhì)，特別是硫、氮、磷、神等，燃燒產(chǎn)物酸性，造成大氣污染和酸雨，而且還導(dǎo)致溫室效應(yīng)的加劇，刺激皮膚，引起哮喘等多種呼吸道疾病。我國的能源結(jié)構(gòu)以煤為主（約占 75%75%左右），且隨著經(jīng)濟建設(shè)的迅速發(fā)展，能源的消耗量日益增加。針對這些情況，我們必須找到一種儲量大、后續(xù)性強、熱效率高、儲存形式多的環(huán)保型清潔能源，氫能源正是這樣一種優(yōu)質(zhì)能源。在石化燃料日益減少的情況下，我國能源本來就不占優(yōu)勢再加之人均資源占有不足，這就勢必要求我國必須比其他國家更重視后續(xù)能源的開發(fā)利用，而汽車這種機動性強

2、的現(xiàn)代交通工具只能采用“含能體能源”，所以氫能源無疑成為一個新興的熱點。一、氫燃料電池車的原理氫燃料電池車的工作原理是：將氫氣送到燃料電池的陽極板（負極），經(jīng)過催化劑（柏）的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子（質(zhì)子）穿過質(zhì)子交換膜，到達燃料電池陰極板（正極），而電子是不能通過質(zhì)子交換膜的，這個電子，只能經(jīng)外部電路，到達燃料電池陰極板，從而在外電路中產(chǎn)生電流。電子到達陰極板后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。由于供應(yīng)給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時把水（蒸氣）帶走，就可以不斷地提供電能。燃料電池發(fā)出的電，經(jīng)逆變器、控制器等裝置

3、，給電動機供電，再經(jīng)傳動系統(tǒng)、驅(qū)動橋等帶動車輪轉(zhuǎn)動，就可使車輛在路上行駛。與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池車能量轉(zhuǎn)化效率高達60-80%,60-80%,為內(nèi)燃機的 2 23 3 倍。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是水，它本身工作不產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫燃料電池汽車是真正意義上的零排放、零污染汽車，氫燃料是完美的汽車能源！、氫燃料電池車的環(huán)境效益分析 1 1 氫燃料電池汽車的優(yōu)勢分析（1 1）從長遠來看，汽車產(chǎn)業(yè)肯定要走一條可持續(xù)發(fā)展的道路，石油、天然氣、煤炭等資源不可再生，終究會有枯竭的一天，人類最終必然要利用可再生能源或者替代能源。而氫的最大來源是水，特別是海水，根據(jù)計

4、算 9 9 噸水可以生產(chǎn)出 1 1噸氫（及 8 8 噸氧），氫氣燃燒熱值是 2890028900 千卡/公斤，而且氫與氧的燃燒產(chǎn)物就是水，因而，水可以再生。由此可見，以水為原料制氫，可使氫的制取和利用實現(xiàn)良性循環(huán)，取之不盡，用之不竭。氫作為汽車代用燃料具有良好的行進加速性、燃料適應(yīng)性、低溫起動性好、超低排放、全工況高效率等優(yōu)點。(2)(2)我國氫的來源極為豐富，技術(shù)水平也有了一定的基礎(chǔ)，水電解制氫、生物質(zhì)氣化制氫等制氫方法已形成規(guī)模。其中低價電電解水制氫方法在今后仍將是氫能規(guī)模制備的主要方法。另外，用氫代替煤和石油，不需對現(xiàn)有的技術(shù)裝備作重大的改造，現(xiàn)在的內(nèi)燃機稍加改裝即可使用，這可以降低氫能

5、應(yīng)用成本。(3)(3)氫燃燒的產(chǎn)物是水，不會污染環(huán)境，真正實現(xiàn)了零污染的目標。2 2 燃油汽車與氫燃料電池汽車的環(huán)境指標比較2.12.1 燃油汽車環(huán)境指標傳統(tǒng)燃油汽車在運行過程中會產(chǎn)生大量的有害氣體，不但污染環(huán)境，還影響人類健康。污染物主要包括：(1)(1)碳氫化合物(H H。：汽車尾氣的碳氫化合物中含苯、甲苯和二甲苯等有害物質(zhì)。其中以苯的危害最大，它是一種致癌物質(zhì)。(2)(2)氮氧化合物(NOx):(NOx):這是一種強烈的腐蝕劑，對人的呼吸系統(tǒng)有刺激作用,會引起氣管炎、肺炎等，削弱血液輸氧功能。(3)(3)一氧化碳(CO):(CO):它是一種無色、無臭的有毒氣體，通過呼吸道進入人體后，會造

6、成人體內(nèi)部缺氧，危害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，輕則頭暈、頭痛、四肢無力、視力受損，重則中毒死亡。(4)(4)二氧化硫(SO2):(SO2):這是一種無色無味的氣體，能損害人的肝、腎和心臟，對呼吸系統(tǒng)有強烈的刺激作用。止匕外，二氧化硫還是導(dǎo)致酸雨的重要原因，給國民經(jīng)濟帶來重大損失。(5)(5)臭氧(O3):(O3):臭氧對人體的器官和肺部均有損害作用，對心臟、肝等器官也有不良影響。止匕外，燃油汽車的尾氣中還含有產(chǎn)生溫室效應(yīng)的 CO2CO2 導(dǎo)致酸雨的氮氧化合物和硫化物等2.22.2 氫燃料電池車環(huán)境指標氫燃料電池汽車以氫為燃料、蓄電池的電能為動力，排放物中無污染物。表 1 1 比較了燃油汽車和氫燃料電池汽車

7、的廢氣(主要成分)排放。表 1 1 燃油汽車和氫燃料電池汽車的廢氣(主要成分)排放比較廢氣組成廢氣組成燃油汽車燃油汽車氫燃料電池汽車氫燃料電池汽車col7.0g/km0HC2,7g/km0no0.74g/knAlit-JS-L篇矍COj0由表 1 1 可以看出，氫燃料電池汽車基本上是零排放，在環(huán)保效果上比燃油汽車有更大的優(yōu)勢。三、氫燃料電池汽車在現(xiàn)實中的應(yīng)用代表車型：通用 SequelSequel 氫燃料電池車與氫內(nèi)燃機動力技術(shù)類似，氫燃料電池動力技術(shù)也是以氫為能量源。不同的是氫內(nèi)燃機動力技術(shù)是將氫直接作為燃料在發(fā)動機中燃燒以獲得動力，而氫燃料電池則是將氫在燃料電池中經(jīng)化學(xué)作用轉(zhuǎn)化為電能，然后

8、靠電動機來驅(qū)動汽車。在此領(lǐng)域，通用是當之無愧的領(lǐng)導(dǎo)者，其代表作就是通用 SequelSequel 氫燃料電池車。雖然早在 20052005 年的上海車展就登場亮相，但是通用 SequelSequel 氫燃料電池車卻一直以來被認為是燃料電池車領(lǐng)域的經(jīng)典之作。因為與之前的燃料電池車相比，通用SequelSequel 氫燃料電池車在可駕駛性方面取得了突破性的進步，其動力表現(xiàn)與駕駛性都堪與目前使用汽油燃料的汽車產(chǎn)品媲美。通用 SequelSequel 氫燃料電池車通過采用線傳操控技術(shù)，不僅提高了車輛安全性、簡化了維護程序、拓展了設(shè)計自由度，而且也更環(huán)保。其幾乎所有的驅(qū)動和控制組件都安裝在 2828 厘

9、米厚的底盤結(jié)構(gòu)上，幾乎每個方面的性能表現(xiàn)都比現(xiàn)有的傳統(tǒng)汽車更勝一籌一一更迅速、更平穩(wěn)、更便于操控、便于生產(chǎn)、更美觀也更安全，最重要的是，它只排放水蒸氣，完全沒有污染。四、氫燃料電池車的發(fā)展前景 1 1 氫燃料電池汽車推廣的制約因素雖然氫燃料電池汽車在環(huán)保方面有很大的優(yōu)勢，但是它還處于發(fā)展的初級階段限制其發(fā)展的主要因素有：(1)(1)生產(chǎn)成本高：目前，氫的來源一般是天然氣和沼氣。止匕外，可以通過電解水將氫和氧分離而提取氫。而電能則可以通過煤或核反應(yīng)堆發(fā)電來產(chǎn)生。由于氫的提取需要消耗其他能源，因此，如果使用煤、天然氣、沼氣等碳氫燃料來提取氫，則會排出導(dǎo)致溫室效應(yīng)的氣體。采用風(fēng)力和太陽能可以解決這一

10、問題，但這種開發(fā)方式費用太高，從而導(dǎo)致氫燃料電池汽車的成本增加。止匕外，一些輔助設(shè)施如氫燃料加注站的建設(shè)也要費些時日。(2)(2)能量密度小且儲運不便：氫燃料儲存困難，有泄漏和氣化的問題，包括爆燃、回火、早燃等問題有待解決。綜上所述，氫燃料雖然污染低，但是儲存困難，有泄漏和氣化的問題，包括爆燃、回火、早燃等問題有待解決。氫氣的生產(chǎn)方法有多種，但只有在解決了其成本、儲存等問題以后才有可能批量使用。2 2 加速氫燃料電池汽車推廣的對策發(fā)展適合我國國情的低成本高效環(huán)保的大規(guī)模制氫技術(shù)根據(jù)我國煤炭資源豐富的特點，應(yīng)著重發(fā)展高效、低污染的集中式煤氣化大規(guī)模制氫，要加強對煤炭氣化過程中 CO2CO2 甫捉

11、和封存技術(shù)的研究，同時應(yīng)重點加強我國有一定基礎(chǔ)的、具有長期發(fā)展前景的可再生能源制氫技術(shù)。隨著我國核能技術(shù)的日漸成熟，應(yīng)逐步探索可控核能制氫技術(shù)。發(fā)展高效的氫儲存技術(shù)目前我國對儲氫材料的研究比較活躍，研究內(nèi)容涉及到了高壓儲氫、碳納米管儲氫、新型合金儲氫、有機化合物儲氫、碳凝膠儲氫、玻璃微球儲氫、氫漿儲氫、層狀化合物儲氫等當前國際氫儲存技術(shù)研發(fā)的主要方面，并在金屬氫化物儲氫、碳納米管儲氫、復(fù)雜化合物儲氫等方面具有優(yōu)勢。今后應(yīng)進一步重點發(fā)展：新穎金屬合金儲氫、碳納米管儲氫、高壓液態(tài)儲氫、有機化合物儲氫、車載儲氫系統(tǒng)等技術(shù)，探索層狀化合物儲氫、籠形水合物儲氫等技術(shù)。加強氫燃料電池技術(shù)和氫燃料電池汽車以

12、及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的研發(fā)發(fā)展氫經(jīng)濟的一個重要方面是發(fā)展氫能交通運輸體系和氫能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在氫燃料電池方面，我國可重點發(fā)展：大功率質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)、中低溫固體氧化物燃料電池技術(shù)、基于燃料電池的系統(tǒng)集成技術(shù)、質(zhì)子交換膜技術(shù)、電催化劑技術(shù)、先進的膜電極組件技術(shù)、無鋁催化劑技術(shù)等，同時積極探索生物燃料電池、再生式燃料電池技術(shù)、冷啟動(CokdStart)(CokdStart)技術(shù)等研發(fā)。加強以氫能和燃料電池為核心的分布式氫能源系統(tǒng)研究由于氫能和燃料電池具有諸多優(yōu)點和分散供能的特征，因而加強以氫能和燃料電池為核心的分布式能源系統(tǒng)研究已成為今后國際研發(fā)的重點。當前這種以氫能和燃料電池為核心的分布式能源

13、系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是與可再生能源利用相結(jié)合，以氫為載體，以燃料電池為能源轉(zhuǎn)化工具，加強對可再生能源的開發(fā)。關(guān)注氫經(jīng)濟發(fā)展的相關(guān)環(huán)境問題與安全雖然氫能本身是一種綠色的能源，但在用化石燃料制氫過程中，如果封存技術(shù)不當，仍會有 COCO 洲漏到大氣中造成溫室氣體增加。氫在生產(chǎn)、儲存、運輸以及氫燃料電池使用過程中都不可避免地存在氫氣泄漏問題。當泄漏到周圍環(huán)境中的氫氣達到一定濃度，遇到明火可能會發(fā)生強烈化學(xué)反應(yīng)甚至爆炸，造成人員和財產(chǎn)損失。止匕外，泄漏到大氣圈中的氫氣會與大氣中的臭氧反應(yīng)，破壞對人類起保護作用的臭氧層。因此，應(yīng)加強與氫安全相關(guān)的氫檢測傳感器技術(shù)、潛在事故情景處理技術(shù)等研究。有效鼓勵企業(yè)參與氫能和燃料電池技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化和市場化開發(fā)按照市場經(jīng)濟的運行規(guī)律，氫能和燃料電池技術(shù)只有在技術(shù)成熟、具價格競爭力