氫能源汽車與純電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀研究

胡 靜

（重慶交通大學(xué)交通運輸學(xué)院，重慶 400041）

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車的保有量不斷上升。由于傳統(tǒng)的汽車采用的動力源是汽油或柴油，這些能源的使用給大氣帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染。這導(dǎo)致新能源汽車必然登上歷史的舞臺，因其具備污染低、噪聲低、能量利用率高等優(yōu)點而廣受消費者青睞。新能源汽車是解決目前城市汽車能源及排放問題最有效的途徑之一[1]。

目前，新能源汽車包括純電動汽車、氫能源汽車、混合動力汽車、燃料電動汽車和其他新能源汽車。而其中人們普遍對純電動汽車及氫能源汽車看好，是未來新能源汽車發(fā)展的重要方向。純電動汽車依靠自帶電池為電動機提供電量，從而帶動電動機運轉(zhuǎn)，進(jìn)而推動汽車行駛。由于其清潔而占據(jù)新能源汽車市場的主體。而氫能源汽車能實現(xiàn)零污染物的排放，相比傳統(tǒng)汽車優(yōu)勢巨大，尾氣排放是純凈水，具有無污染、零排放、儲量豐富等優(yōu)勢。其中，氫汽車的燃料不像電動汽車那樣來得簡單。

就目前的技術(shù)水平而言，無論是現(xiàn)階段風(fēng)生水起的純電動汽車還是由于各種原因并未能普及的氫能源汽車，都存在一定程度上的技術(shù)瓶頸及其限制因素。兩種新能源汽車各有所長也各有所短，都是未來的理想替代能源——雖然氫能源汽車的發(fā)展水平落后于純電動汽車。

1 氫能源汽車及純電動汽車研究現(xiàn)狀

1.1 氫能源汽車研究現(xiàn)狀

早在1994年，美國布什政府就部署了一項計劃，主要是關(guān)于氫能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、氫燃料電池以及尖端車輛技術(shù)的研究。而美國對氫能源的關(guān)注最早可以追溯到1973年的石油危機時期，因此，美國在氫能源方面的研究要更加深入。在2015年，美國科學(xué)院稱其發(fā)現(xiàn)一種新的生物制氫的方法，通過該方法，玉米秸稈中的葡萄糖以及木糖會同時被轉(zhuǎn)化為氫氣，這樣在廉價環(huán)保的同時，產(chǎn)量也能夠達(dá)到理論的最大值[2]。而氫能源汽車的發(fā)展一直停滯不前，其原因之一是氫能源在汽車上的儲存問題。由于氫在常溫下呈氣態(tài)，其體積能量密度只有汽油的1/3 000左右，為了儲存足夠的氫，至少要使氫氣成為液態(tài)，而這樣又對溫度、壓力、車載存儲罐的材料以及加氫站等提出了嚴(yán)苛的要求[3]。

從世界范圍來看，日本是世界上氫能源汽車發(fā)展前沿的國家之一，在氫能源的發(fā)展中投入了巨大的精力。在2002年，日本就曾稱燃料電池是撬開氫能源時代大門的鑰匙，因此，當(dāng)年成立氫能源和燃料電池展示項目組。2014年，日本豐田公司研發(fā)出全球首款氫燃料電池汽車，在面向普通市場發(fā)售中，單在日本國內(nèi)訂單就超過3 000輛，其充滿燃料后的燃料電池汽車巡航里程可達(dá)500 km，這個數(shù)值已經(jīng)相當(dāng)于傳統(tǒng)的汽油車。其最大的亮點在于即使車輛的燃料用光，只需要3 min的時間就可以將燃料重新補充滿。不僅僅是美國和日本，韓國、德國等歐洲國家也早早加入了氫能源汽車的研發(fā)行列，并且不同程度地取得了一些成果。

改革開放以來，制造業(yè)得到空前的發(fā)展，但快速發(fā)展的同時卻是以犧牲生態(tài)環(huán)境為代價。直到可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，這種形勢才開始有所改善，相關(guān)部門開始重視環(huán)境問題。所以，新能源汽車?yán)硭?dāng)然地被國家納入發(fā)展戰(zhàn)略之中，氫能源汽車便是其中重要一環(huán)。但是我國相關(guān)技術(shù)人才的短缺，相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的不完善，以及基礎(chǔ)配套設(shè)施的不足和缺失等，制約了氫能源汽車的發(fā)展。但是，這些并不會影響我國發(fā)展新能源的決心。我國第一輛氫能源汽車被稱為“超越一號”，是由桑塔納2000改裝而成的。因為燃料儲存的問題沒有能夠徹底解決，導(dǎo)致車身的重量比原來至少增加了300 kg。而后幾經(jīng)改進(jìn)，“超越三號”問世，之后清華大學(xué)成功研制出氫燃料電池大巴。中靖新能源公司提出氫燃料電池技術(shù)不需要很高的技術(shù)水平，只需要將可以隨身攜帶的粉劑倒入車用電池旁的容器內(nèi)并灌入平常喝的礦泉水即可補充燃料[4]。然而他并沒有找到合作伙伴——或許這也是國內(nèi)氫能源汽車發(fā)展進(jìn)程緩慢的原因之一。

無論國內(nèi)還是國外，氫能源汽車的研發(fā)、制造成本太高，在氫的轉(zhuǎn)化過程中，甲烷制氫更經(jīng)濟，但會產(chǎn)生CO和少量的CO2都造成污染，同時，氫能源汽車還面臨著一個關(guān)鍵問題：氫的運輸。輸送純凈氫的地下鋼管會伴隨有氫致脆化的巨大風(fēng)險。這是一個與鋼有關(guān)的很出名的問題——相對少量的氫會被鋼吸收，但是材料空隙中的氫分子重組形成的間質(zhì)氫原子引起的膨脹將會導(dǎo)致管道開裂和管道泄漏等情況的出現(xiàn)。這些因素導(dǎo)致氫能源汽車發(fā)展嚴(yán)重滯后。

1.2 純電動汽車研究現(xiàn)狀

與傳統(tǒng)汽車相比，電動汽車優(yōu)勢主要體現(xiàn)在節(jié)能環(huán)保上。相較于傳統(tǒng)汽油車，電動汽車的有機化合物、一氧化碳的排放量降低了99%，氮氧化物的排放量降低了90%[5]。YASUYUKI SUGII和R.Graham也得出電動汽車在廢氣排放和能源利用效率方面更優(yōu)于傳統(tǒng)汽車的結(jié)論[6]。根據(jù)THS Automotive公司的一項統(tǒng)計，純電動汽車數(shù)量占國家汽車上牌量的比例排名中，榮登榜首的是挪威，2015年第一季度，這個斯堪的納維亞半島國家竟然有三分之一的車輛消費者選擇了純電動汽車。采用了制動能量再生系統(tǒng)后的電動汽車，其電池不僅能通過充電設(shè)備充電，更能夠在車輛制動期間，通過能量再生系統(tǒng)將車輛制動時的部分能量轉(zhuǎn)化為電能并補充給電池[7]。說到電動汽車，必須要提及電動汽車的領(lǐng)軍特斯拉，目前，它生產(chǎn)的電動車的性能實在令人側(cè)目：電池最大續(xù)航里程480 km，最高時速155 km/h，百公里加速只需要3 s。當(dāng)然，如此優(yōu)秀的性能必然伴隨著高科技、高技術(shù)、高成本，該款車的售價高達(dá)60多萬人民幣。所以該車型只能放在高端市場售賣。

我國傳統(tǒng)汽車發(fā)展滯后，但是電動汽車的發(fā)展與國外相比，無論是技術(shù)水平還是產(chǎn)業(yè)化程度都并沒有拉開太大的距離。李光等人采用數(shù)學(xué)方程進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，定量的分析多種因素對電動汽車的銷售量產(chǎn)生的影響，并分析了各影響因素對該產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響程度。李靖等人結(jié)合我國當(dāng)前汽車行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，運用相關(guān)理論，提出緩解能源危機，降低廢氣排放，純電動汽車發(fā)展是節(jié)能減排大時代下必然產(chǎn)物。曾鵬等人[8]采用定量與定性相結(jié)合，理論與實際相結(jié)合等多種方法，分析我國純電動汽車的發(fā)展環(huán)境，并探討其發(fā)展的前景，提出純電動汽車重點發(fā)展的方向。胡樹華、楊威[9]等人提出我國在汽車行業(yè)瓶頸之一是我們的態(tài)度，即只關(guān)注引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)成果，卻不注重自己的理論研發(fā)和生產(chǎn)方式。

國內(nèi)電動汽車領(lǐng)軍人當(dāng)屬比亞迪，與普通電動汽車相比，比亞迪e6有快沖和慢充兩種充電模式，快沖模式只要2 h即可充滿，而慢充則需要6 h。在動力性能方面，我國動力性能評價指標(biāo)主要是依據(jù)《GB/T 18385—2005電動車動力性試驗方法》，而經(jīng)濟性評價指標(biāo)主要依據(jù)《GB/T 18386—2005電動汽車能量消耗率和續(xù)駛里程試驗方法》[10]。電動汽車依靠電池驅(qū)動前行，電池即電動汽車的心臟，同時制約電動汽車發(fā)展。我國電動車用電池主要存在兩個問題，即對電池缺乏深層次地分析和缺乏完善的評價體系。

純電動汽車也有其“短板”。首先，據(jù)統(tǒng)計，在美國每10萬輛電動汽車就需要3億美元的投資來建設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施。其次，純電動汽車本身無污染，但也存在間接污染，即火力發(fā)電所造成的環(huán)境污染。最后，純電動汽車發(fā)展滯后的另一個重要因素是過分依賴國家補貼，導(dǎo)致部分企業(yè)過分依賴政府補貼來實現(xiàn)盈利[11]。

2 氫能源汽車與純電動汽車研究不足

從上述研究發(fā)現(xiàn)，我國的氫能源汽車與純電動汽車研究還存在許多不足之處，首先，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模缺乏落實機制。究其原因有很多，如企業(yè)缺乏創(chuàng)新精神，一味地按照傳統(tǒng)思維，其次消費者整體節(jié)能環(huán)保意識不強，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模之所以缺乏落實機制最主要的原因是政府職能的錯位。其次，在相關(guān)技術(shù)研制的過程中采用冒進(jìn)、躍進(jìn)等方式，不但投入大量的人力物力，得到的最終效果卻不盡人意。很多企業(yè)都想做到一步到位，直接達(dá)到純電動或氫能源汽車。卻很少有人真正關(guān)心其過渡產(chǎn)品，如混合動力汽車。最后，新能源汽車市場秩序混亂。例如在純電動汽車市場，存在高低速兩種汽車產(chǎn)品，由于國家大力支持高速類純電動汽車，對其扶持較大，而低速類電動汽車產(chǎn)品由于制造成本低、投資少，容易出成果。所以很多車企對低速類產(chǎn)品十分青睞。由于沒有相關(guān)政策的規(guī)定，很多企業(yè)進(jìn)入低速類電動汽車市場，導(dǎo)致生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量差別很大。而消費者最在意的是汽車的售價，對質(zhì)量重視度較低。這使得新能源汽車市場出現(xiàn)魚龍混雜的局面。

3 結(jié)語

通過對氫能源與純電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及成果，并提出目前的研究所存在的不足，對此提出如下幾點解決措施。首先，應(yīng)充分利用政策的支持，多管齊下，穩(wěn)定培育氫能源與純電動汽車市場；其次，采用逐步過渡的方式，保障新能源汽車平穩(wěn)過渡，通過加快實施產(chǎn)業(yè)布局，重點研究新能源汽車所涉足的關(guān)鍵技術(shù)，通過合作的方式，實現(xiàn)不同企業(yè)協(xié)同開發(fā)；最后，通過與國外先進(jìn)汽車廠商的合作交流，不斷提升我國對新能源汽車的研發(fā)能力，不斷推動我國汽車業(yè)向前發(fā)展。