加水就能跑的氫能源汽車？你是不是對能源二字有什麼誤解

作者 |魏昕宇

最近有一則新聞引發了廣泛關註：河南南陽某汽車企業宣稱成功開發出了「水氫發動機」，使用這種發動機的汽車無需加油，只要加水就可以讓汽車通過燃燒氫氣獲得的能源來行駛。

消息一出，大部分網友斥之為騙局，但也有人認為這種技術是可行的。那麼所謂「水氫汽車」究竟有沒有可能呢？

在分析這個問題之前，我們首先需要搞清楚，為什麼要開發包括氫氣在內的新能源？

主要原因無非在於：

第一，尋找更具有可持續性的能源來源，減輕對傳統化石能源的依賴。煤、石油、天然氣等化石能源儲量再豐富，總有枯竭的那天，未雨綢繆確實是應該的。

第二，化石能源燃燒時會產生溫室氣體二氧化碳，導致全球氣候變暖，因此人們希望能找到溫室氣體排放更少甚至為零的能源。

從第二條來看，氫氣確實是很理想的新能源，因為它的燃燒產物是水，完全不產生任何二氧化碳。

然而我們不要忘了，氫氣和煤炭、石油、天然氣等化石能源不同，沒有現成的資源供我們開採，用於燃料的氫氣都是要從其它化學物質轉化而來。

比如說電解水可以得到氫氣，那麼電從哪裡來呢？如果說通過火電廠燃燒化石能源發電，然後電解水生成氫氣作為汽車燃料，那我們不如老老實實地讓汽車燒汽油好了，因為這樣得到的氫能源對於擺脫化石能源的依賴和減少溫室氣體排放這兩條要求都沒有實質性的貢獻。

當然有的朋友可能要說，火電廠發電的能源利用效率要高於汽車的內燃機，但經過電解水這一額外的步驟後，是否還有利用效率上的優勢，恐怕要打一個問號了。

除了電解水，氫氣也可以通過常規的化學反應製備，比如天然氣的主要成分甲烷在適當條件下可以與水反應生成氫氣和一氧化碳，這一過程稱為蒸汽重整。

這樣得到的氫氣，也仍然是化石能源換了個「馬甲」而已，其意義往往更多在於將氫氣用於其它化工生產，例如合成氨等。

但如果能夠利用太陽能、風能等新能源產生的電能來電解水，那意義就完全不同了。當然，太陽能、風能產生的電也可以直接使用，但首先這些新能源存在發電不穩定、與需求不同步的問題。

例如太陽能電池是目前發展比較迅速的新能源，然而太陽能電池的一個問題在於發電集中於白天，然而居民的用電需求卻在夜間更高。

相比太陽能發電，風力發電就更加不穩定，完全是「靠天吃飯」。

如果利用太陽能、風能產生的電去電解水製備氫氣，就可以把多餘的電能儲存起來。其次，太陽能、風能等新能源產生的能量密度不能滿足一些場合的需求，例如靠太陽能發電來驅動飛機顯然是不太現實，所以我們需要將電能預先轉化為化學能。

同理，如果能夠把生物質設法轉化為氫氣，也是具有積極意義的。眾所周知，生物質是地球上植物和一些微生物通過光合作用將太陽能轉化為化學能的結果，因此也是一種可持續利用的新能源形式。

但直接燃燒生物質效率太低，想一想木柴和汽油哪個燒起來更容易吧。如果能夠從生物質中獲取氫氣，就有可能更好地利用生物質能源。

不難看出，氫能源必須和其它形式的新能源掛鉤，才能真正解決現有化石能源存在的資源和環境問題。

不過氫氣作為一種氣體，其儲存和運輸是個老大難，一直沒能得到很好的解決，這成為妨礙氫能源發揮作用的一大絆腳石。

接下來我們談談所謂的「水氫發動機」。如果真的像報道所說的那樣，只需要一點催化劑，就可以不斷加水產生氫氣作為燃料，那只有一種可能，即通過太陽能電池產生的電能來電解水。

剛才提到，這一方法理論上確實可行，但實際上目前利用太陽能電解水的效率並不高[1,2]。

如果真的把這種技術用於汽車，車能不能跑得起來，恐怕要打一個大大的問號呢。

不過更多的後續信息表明，所謂「水氫汽車」實際上可能是「鋁氫汽車」，即讓鋁和水反應生成氫氣。

這在理論上也沒有問題，而且不少研究人員認為這種途徑或許可以解決氫氣存儲運輸難的問題。然而理論上可行不等於實際操作中可行。簡單分析一下就可以發現，這種技術的槽點實在太多。

首先，在這一途徑中，鋁可不是什麼催化劑，而是實打實的反應物，因此消費者不僅需要給車加水，還要不斷購買添加鋁粉，然後將生成的氫氧化鋁不斷地移除出去。真有這工夫折騰的話，直接燒汽油不是更好嗎？電動車也比它強多了啊。

其次，鋁的表面很容易氧化形成一層緻密的氧化鋁薄膜，阻止內部的鋁與水反應，否則我們家裡的鋁壺燒一次水就會面目全非了。因此，怎樣有效移除這層氧化鋁薄膜，保證鋁的反應活性，是用鋁製備氫氣相關技術中面臨的一大挑戰。另外，如何控制鋁和水的反應，讓氫氣穩定地產生，也是一個不小的難題[3]。

如果這一點控制不好得話……大家都見過鈉和水的劇烈反應吧，誰希望自己的愛車變成一個大號的炸彈？

當然，這些都是相對次要的問題，我們不妨相信南陽這家公司有能力解決這些技術難題，但最為關鍵的一點在於：鋁從哪裡來？地球上的鋁確實很多，但與氫一樣，單質形式的鋁在自然界也不存在，必須通過鋁的化合物冶煉而來，而這必須通過高溫下電解氧化鋁才能實現，因此鋁的冶煉是臭名昭著的耗能大戶。

所以歸根結底還是同一個問題：電從哪裡來？如果像前面說的那樣，靠燃燒化石能源產生的電去電解鋁，然後再讓鋁和水反應生成氫氣，那麼筆者看來這樣的「鋁氫能源」基本上沒有什麼意義。

如果這樣的「鋁氫汽車」真的遍布大街小巷，對於資源和環境問題恐怕無異於一場災難。

這次事件中，頗有一些人出來辯解說，「鋁氫技術」不是騙局，理論上可行，有很多人在做相關研究。

筆者認為，這方面的研究當然可以做，也不能說沒有意義，比如提供特殊情況下的應急能源，或者預先提供技術儲備，待有了更加經濟環保的煉鋁手段時再拿出來用。

而且基礎研究本來就是要為實際問題考慮各種可能的方案，哪怕最終不能走向大規模應用。但如果在各種實際問題根本沒有得到解決之前就把所謂技術拿出來忽悠圈錢，這和騙子又有什麼區別呢？

參考文獻

[1]Jieyang Jia et al. 「Solar water splitting by photovoltaic-electrolysis with asolar-to-hydrogen efficiency over 30%」, Nature Communication, 2016, 7, 13237

[2]Florida Solar Energy Center, 「Hydrogen Basics – Solar Production」,http://www.fsec.ucf.edu/en/consumer/hydrogen/basics/production-solar.htm

[3]Xiani Huang et al. 「A review: Feasibility of hydrogen generation from thereaction between aluminum and water for fuel cell applications」, Journal ofpower Sources, 2013, 29, 133

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