用氢驱动汽车：看看印度的国家氢能任务

印度宣布了一项国家氢能任务，该计划将制定使用氢作为能源的路线图。该倡议具有改变交通运输的潜力。

丰田改进后的 Mirai 氢燃料电池汽车，展示了引擎盖下的工程，于 2020 年 12 月在东京举行的发布会上展出。（照片：路透社）

传统上，印度是前沿电动汽车 (EV) 技术的缓慢推进者，但它却一反常态地提前进入了开发宇宙中最丰富元素氢的能源潜力的竞赛中。在美国能源部宣布投资高达 1 亿美元用于制氢和燃料电池技术研发后不到四个月，印度宣布了一项国家氢能任务。

政府官员表示，预算中的提案将在未来几个月内提出任务草案——使用氢作为能源的路线图，特别关注绿色氢，将印度不断增长的可再生能源与氢经济相结合.

虽然拟议的最终用途部门包括钢铁和化学品，但氢有潜力转变的主要行业是交通运输——占所有温室气体排放量的三分之一，并且氢被视为化石燃料的直接替代品，与与传统电动汽车相比的特定优势。

一些与移动相关的试点已经在进行中。

10 月，在为期六个月的试点项目中，德里成为印度第一个使用加氢压缩天然气 (H-CNG) 运行公交车的城市。这些巴士将采用印度石油公司获得专利的新技术运行，该技术可以直接从天然气中生产 H-CNG——18% 的氢气，而不是采用传统的混合方法。

电力巨头 NTPC 有限公司正在列城和德里运行 10 辆基于氢燃料电池的电动巴士和燃料电池电动汽车的试点，并正在考虑在安得拉邦建立绿色氢生产设施。

国际奥委会还计划在其位于法里达巴德的研发中心设立一个专门的单位来生产氢气以运行公交车。

作为支持性监管框架，道路交通和公路部于去年年底发布通知，提议修订 1989 年中央机动车规则，将氢燃料电池汽车的安全评估标准纳入其中。

为什么是氢——及其类型

氢作为清洁燃料来源的潜力已有近 150 年的历史。 1874 年，科幻小说作家儒勒·凡尔纳 (Jules Verne) 在神秘岛 (The Mysterious Island) 中提出了一个有先见之明的愿景——未来有一天，水将被用作燃料，构成它的氢和氧，单独或一起使用，将提供取之不尽的源泉。热和光的强度是煤所不能达到的。

1937年，德国载客飞艇LZ129兴登堡号使用氢燃料飞越大西洋，在新泽西州莱克赫斯特海军航空站停靠时发生爆炸，造成36人死亡。在 1960 年代后期，氢燃料电池为 NASA 的阿波罗登月任务提供了动力。

在 1970 年代的石油价格冲击之后，人们开始认真考虑氢替代化石燃料的可能性。三家汽车制造商——日本的本田和丰田，以及韩国的现代——已经果断地朝着该技术商业化的方向迈进，尽管规模有限。

自然界中最常见的元素不是自由发现的。氢仅与其他元素结合存在，并且必须从天然存在的化合物中提取，例如水（它是两个氢原子和一个氧原子的组合）。虽然氢是一种清洁分子，但提取它的过程是能源密集型的。

产生氢气的来源和过程按颜色标签分类。由化石燃料产生的氢称为灰氢；这构成了今天生产的大部分氢气。具有碳捕获和储存选项的化石燃料产生的氢称为蓝氢；完全由可再生能源产生的氢被称为绿色氢。在最后一个过程中，可再生能源产生的电力用于将水分解为氢气和氧气。

绿色氢的案例

绿色氢具有特定的优势。第一，它是一种清洁的燃烧分子，可以使包括钢铁、化工和运输在内的一系列行业脱碳。第二，电网无法储存或使用的可再生能源可以用于生产氢气。

这就是政府将于 2021-22 年启动的氢能源使命的目标。印度的电网主要以煤炭为基础，并将继续如此，从而抵消了大规模电动汽车推广带来的附带利益——因为必须燃烧煤炭才能产生为这些车辆提供动力的电力。在一些推动电动汽车发展的国家，大部分电力来自可再生能源——例如，在挪威，99% 的电力来自水力发电。专家认为，氢动力汽车在长途卡车运输和其他难以电气化的行业（如航运和长途航空旅行）中尤其有效。在这些应用中使用重型电池会适得其反，特别是对于印度等电网主要以燃煤发电为主的国家。

氢燃料电池的工作原理

尤其是韩国和日本，专注于将汽车市场转向氢能以及燃料电池的潜力。什么是燃料电池？

氢是能量载体，而不是能源。氢燃料必须通过一种称为燃料电池堆的装置转化为电能，然后才能用于为汽车或卡车提供动力。燃料电池使用氧化剂通过氧化还原反应将化学能转化为电能。基于燃料电池的车辆最常见的是将氢气和氧气结合起来产生电能，为车载电动机提供动力。由于燃料电池汽车使用电力来运行，因此它们被认为是电动汽车。

在每个单独的燃料电池内，氢气从车载加压罐中抽取，并与催化剂反应，催化剂通常由铂制成。当氢通过催化剂时，它的电子被剥离，这些电子被迫沿着外部电路移动，产生电流。电动机使用该电流为车辆提供动力，唯一的副产品是水蒸气。

氢燃料电池汽车的碳足迹几乎为零。氢气的效率大约是燃烧汽油的两到三倍，因为电化学反应比燃烧效率高得多。

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FCEV 和其他电动汽车

电动汽车 (EV) 通常分为四大类：

* 传统的混合动力电动汽车或混合动力汽车（例如丰田凯美瑞）将传统的内燃机系统与电力推进系统相结合，从而形成一种可显着降低燃料使用量的混合动力汽车动力传动系统。传统混合动力车的车载电池在内燃机为动力传动系统供电时充电。

* 插电式混合动力汽车或雪佛兰 Volt 等 PHEV 也有混合动力传动系统，它使用 IC 发动机和电力作为动力，由可插入电源的可充电电池提供支持。

* 电池供电的电动汽车或纯电动汽车，如日产 Leaf 或特斯拉 Model S，没有 IC 发动机或油箱，并在由可充电电池供电的全电动传动系统上运行。

* 丰田的 Mirai、本田的 Clarity 和现代的 Nexo 等燃料电池电动汽车或 FCEV 使用氢气为车载电动机提供动力。 FCEV 将氢气和氧气结合产生电能，从而驱动电机。由于它们完全由电力驱动，因此 FCEV 被认为是 EV，但与 BEV 不同的是，它们的续航里程和加油过程可与传统汽车和卡车相媲美。

BEV 和氢气 FCEV 之间的主要区别在于，后者的加油时间仅为 5 分钟，而 BEV 需要 30-45 分钟充电。此外，消费者每单位体积和重量的能量储存量大约是其五倍，这为其他物品腾出了大量空间，同时让骑手走得更远。

临界质量问题

尽管有前景，但氢技术尚未扩大规模。特斯拉首席执行官埃隆马斯克称燃料电池技术非常愚蠢。

到2020年底，全球范围内上路的氢燃料电池汽车不到2.5万辆；相比之下，电动汽车的数量为800万辆。

采用氢燃料电池汽车的一大障碍是缺乏加油站基础设施——燃料电池汽车以与传统汽车类似的方式加油，但不能使用同一个加油站。当今世界上运行的加氢站不到 500 个，主要在欧洲，其次是日本和韩国。北美有一些。

安全被视为一个问题。氢气被加压并储存在低温罐中，从那里它被送入低压电池并通过电化学反应发电。现代和丰田表示，氢燃料箱的安全性和可靠性与标准 CNG 发动机相似。

扩大技术规模并实现临界质量仍然是一个巨大的挑战。更多的车辆和更多的配套基础设施可以降低成本。印度提议的任务被视为朝这个方向迈出的一步。

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