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2021.06.30

解答有關氫能的問題

目錄

? FACT 1.氫能的燃點很高
? FACT 2.氫能很輕,因此不容易點燃
? FACT 3.在極低溫度下,氫能可以變成液體進行運輸
? FACT 4.日本有147處加氫站,接下來的目標是在2030年時建成1000處
? FACT 5.加滿儲氫罐只需約3分鐘
? FACT 6.加氫站的加氫價格約1100日元/kg(不含稅)
? FACT 7.新型MIRAI的續(xù)航距離約為850km
? FACT 8.MIRAI在行駛過程中不排放二氧化碳
? HOPE 1.希望使用綠色氫能

距離發(fā)布會結束至今,僅過了一個月的時間。5月時,富士國際賽車場舉行了“超級耐力賽2021”,搭載了氫燃料發(fā)動機的汽車在這場24小時耐力賽中跑完了全程。用氫燃料發(fā)動機參加耐力賽屬全球范圍內的首次嘗試,同時這也是通過氫燃料發(fā)動機展現(xiàn)更多氫能可能性的挑戰(zhàn),因此該事件被全世界的媒體爭相報道。

另一方面,已經(jīng)投入市場的二代MIRAI在實際應用領域證明了氫燃料電池車(FCEV),即由氫能驅動的電動車的高性能特點。

從公司內部關于氫能和MIRAI的問卷調查(調查時間在MIRAI上市以后到氫燃料汽車發(fā)布之前)來看,雖然越來越多的人對此持積極態(tài)度,但另一方面,也有人抱有“氫能會不會爆炸”“價格是不是很貴”這樣的印象。

因此,在繼續(xù)對碳中和進行采訪的過程中,ToyotaTimes在本回將以“氫能”為主題,對各種有關氫能的問題作答。

為了證明氫能的安全性,豐田社長親自作為車手參加了之前的耐力賽。可以說,只要了解氫能的特點,就能找到安全使用的方法。

FACT 1.氫能的燃點很高

現(xiàn)在很多人認為氫能是很危險的,那我們就先說結論:其實氫能和汽油、石油等燃料一樣,只要使用方法正確,就是安全的。

我們知道,燃點是物質的性質之一,氫的自燃點為527℃,比自燃點為300℃的汽油要高,所以可以說,氫是自然狀態(tài)下難以點燃的物質。

FACT 2.氫能很輕,因此不容易點燃

看到標題您可能會想:為什么因為輕就不容易點燃了呢?

誠然,氫氣是可燃性氣體,在一定的條件下就會著火。

但另一方面,氫也是所有物質中最輕的,其重量大約只有空氣的1/14。

所以即便發(fā)生了泄漏,它也能迅速在空氣中擴散開,濃度很快就會降低。所以,進入空氣中的氫氣是很難著火的。

只要正確處理氫能,就可以安全使用

為了能夠正確處理氫能,豐田進行了各種研究與試驗。以此為基礎,他們得出了三個處理氫能的基本思路,分別是:“不泄漏”、“萬一泄漏了,要及時檢測出來并停止泄露”、“即使泄漏也要做到氣體不滯留”。

豐田的MIRAI也和普通汽車一樣,是在嚴格的安全標準下采取了安全措施。

此外,為了保證乘客、燃料電池、高壓儲氫罐的安全,需要采用碰撞安全的車身以及能夠保護燃料電池堆的構造?;谏鲜龅娜齻€基本思路,豐田需要在研發(fā)和維修服務中穿插萬全的保護措施。

在5月舉辦的24小時耐力賽中,豐田也基于這套基本思路,討論了如何應對比賽中的突發(fā)故障以及加氫的方法。

例如在車內設置氫泄漏傳感器(行駛中一旦感應到氫泄露,就會進維修區(qū)進行確認),在維修區(qū)中,如果氫能是從儲氫罐泄漏的話,車停在那里的時候因為儲氫罐也是關閉的狀態(tài),沒辦法把里面的空氣抽空,所以會用吸塵器把“氫可能會泄露的地方所存在的空氣”抽干凈。

在朝著碳中和前進的過程中,氫能之所以受到了大家的關注,理由之一便是它“能夠儲存和運輸能量”。那么氫能究竟是如何運輸?shù)哪兀孔屛覀儊硪黄鹂匆豢窗伞?/p>

FACT 3.在極低溫度下,氫能可以變成液體進行運輸

運輸氫能的方法有好幾種,其中一種是將氫氣液化。氫氣在-253℃的極低溫度下會變成液體,液體體積只有氣體的1/800,因此可以運輸?shù)牧恳沧兇罅?,這便是它的優(yōu)勢之一。

根據(jù)目的和成本選擇最合適的運輸方法

考慮到使用方法和成本問題,氫能的運輸方法還有其他三種。

第一種是用通過高壓壓縮后運輸。該方法是用裝有高壓儲氫罐的專用拖車進行運輸。其實將氣體壓縮到儲罐中運輸?shù)倪@個方法已經(jīng)在諸如家用液化石油氣等其他氣體的領域研究過了。但是,如果是大量運輸?shù)脑?,其問題就在容量上。

第二種是管道運輸。就像城市里運送煤氣一樣,用氫能專用的管道進行輸送,但是因為管道安裝的費用很高,所以現(xiàn)在只在近距離范圍內使用。

第三種是將氫能轉換為其他物質進行運輸,然后在需要用氫的時候再將其還原成氫能。例如運輸含有氫的氨等,其優(yōu)點是溫度和壓力都不改變,用一般的油罐車就能運輸。但其中最大的問題就是成本費用。

除了目的、成本、基礎設施等之外,這些運輸方法還面臨一個問題——運輸時排放的二氧化碳(CO2)必須為零,才能實現(xiàn)碳中和。也就是說,雖然這些運輸方法可以根據(jù)目的、成本、基礎設施等進行選擇,但在實現(xiàn)碳中和的目標時,必須實現(xiàn)CO2零排放。

通過FCEV出行時,作為燃料的氫能必不可少。但是在問卷調查中,很多人都表示“不知道在哪里加氫”“不知道加氫的方法”,這是不爭的事實。接下來筆者將為大家?guī)黻P于正在整修擴加的加氫站解說。

FACT 4.日本有147處加氫站,接下來的目標是在2030年時建成1000處

目前,日本國內共有147處加氫站(截止到目前,即2021年6月)。接下來日本計劃在2030年的時候將加氫站擴建到1000處。如果自家附近有加氫站的話,MIRAI就會變得更加便利,也就能走進千家萬戶了。隨著加氫站的擴建,另一大問題浮現(xiàn)了出來,那就是增加FCEV的擁有輛數(shù)。

FACT 5.加滿儲氫罐只需約3分鐘

MIRAI等FCEV的加氫是在加氫站進行的。加氫站和加油站形式類似,由適當增壓的壓縮機、儲氫用的儲壓器、給氫降溫用的換熱器以及自助加氫機構成。

加氫站的工作是由持有加氫資格證的專業(yè)工作人員進行的,車主只需在車內稍等片刻就能完成加氫,整個過程大概只需要3至5分鐘。當然,這其中也和儲氫罐的剩余容量有關,但加氫的時間與汽油車相比幾乎沒有區(qū)別,非常的快。

另外,除了配備專業(yè)工作人員,部分地區(qū)還在嘗試自助加氫,今后加氫站可能會和加油站一樣方便。

MIRAI是以氫能為能源媒介,從中提取電力的。但根據(jù)現(xiàn)有調查顯示,人們還是很在意其運轉成本。

氫能比汽油更便宜還是更貴?現(xiàn)實是,很多人很難對這個問題有一個準確印象。那么氫的價格到底是多少?油耗呢?

FACT 6.加氫站的加氫價格約1100日元/kg(不含稅)

氫能的價格其實和現(xiàn)在的高辛烷值汽油差不多。在東京都內的加氫站,加氫的價格為1100日元/kg(不含稅)(截至到目前,即2021年6月)。在日本頒布的氫能基本戰(zhàn)略方針下,他們計劃在2030年將氫能的成本降低到原來的三分之一。

順便一提,MIRAI的氫儲氫罐總容積為141?,可存約5.6kg的氫能。日常生活中,大概加4~5kg的氫需要5000日元(不含稅)左右。

FACT 7.新型MIRAI的續(xù)航距離約為850km

新型MIRAI一次加氫可行駛約850km※,比第一代車型的續(xù)航距離多了30%左右。最近,在法國還出現(xiàn)了一次加氫能行駛1000km的新聞。

另外,在本報道刊登的前一天,還傳來了這樣的一則消息:日本汽車記者挑戰(zhàn)無加氫行駛,并進一步刷新了記錄。2007年,以當時的KLUGER為基礎改造的FCEV跑完了東京與大阪之間的500km。隨后,又經(jīng)過了14年的時間,其續(xù)航距離增加了近一倍。

另外,在24小時耐力賽的影像中多次出現(xiàn)了對氫燃料汽車進行加氫作業(yè)的畫面,讓人記憶猶新。當然,或許很多人都會有這樣的疑問:“氫燃料汽車的油耗高嗎?”事實上,用于加氫的加氫車以及兩旁的儲氫罐都還有改良的余地。

雖然從現(xiàn)階段的續(xù)航距離來看,是FCEV更勝一籌,但考慮到今后的技術進步和氫能戰(zhàn)略,氫燃料汽車也會更進一步發(fā)展的。

※G“Executive Package”、G“A Package”、G的情況:以JEVS Z902-2018為基礎的氫燃料電池汽車的有效氫能裝載量【kg】乘以在WLTC模式行駛模式下的燃油消耗率【km/kg】得出的距離。根據(jù)加氫站的加氫能力、高壓儲氫罐里氫能的搭載量不同、顧客的使用環(huán)境(天氣、堵車等)、駕駛方法(急踩油門、使用空調等)、燃料消費率的不同,實際上的行駛距離也有所不同。

由于傳統(tǒng)的汽油車會排放CO2,所以即便是面對以氫能為能源的MIRAI,很多人也非常擔心它在環(huán)境保護方面的表現(xiàn)。

對于人們表現(xiàn)出來的擔憂,筆者希望將來不僅是汽車業(yè)界,日本政府和同伴們也能相互幫助,共同解決這另外一個難題。

FACT 8.MIRAI在行駛過程中不排放二氧化碳

以前的汽車是在發(fā)動機里注入汽油和空氣,通過燃燒它們產生的能量供汽車行駛,所以這個過程會產生CO2。而MIRAI是混合了氫氣和氧氣,通過制造電力來行駛,所以行駛時不會產生CO2,排出的也只有氫氧結合后的水。

另外,在之前的24小時耐力賽中參賽的氫燃料發(fā)動機也沒有與汽油混合,而是通過燃燒100%純度的氫能來行駛,因此與MIRAI一樣,在行駛時幾乎不會排放CO2

也就是說,如果站在靈活利用氫能的角度來看,說CO2的排放量為零也不為過。

但是,即使行駛時CO2的排放量為零,但從氫能的制造、運輸,甚至車輛的制造、運輸、報廢的車型周期評估(LCA)來看,整個過程的的確確排放了CO2。因此從LCA的角度來看,還有很多需要解決的問題。

HOPE 1.希望使用綠色氫能

現(xiàn)在,包括日本在內,世界上使用最多的氫能叫灰色氫能。氫能根據(jù)制造過程中是否產生CO2,以及產CO2時的處理方法,分為綠色氫能、藍色氫能、灰色氫能。

綠色氫能是指在制造過程中不產生溫室氣體的氫能,它主要由太陽能、風力等可再生能源制成。

藍色氫能是指制造時不會向大氣中排放CO2的氫能。具體來說,將生產過程中產生的CO2收集起來并埋在地下,且有效使用這些被回收的CO2,用這種方法制造出來的氫能被稱為藍色氫能。

灰色氫能是使用天然氣或石油等產生的電力制造出來的氫能,這個過程會向大氣中排放CO2。據(jù)說世界上生產的約95%的氫能都是灰色氫能。

從這一點來看,在氫能使用中,今后最好以綠色氫能為主。從LCA的角度來看,為了減少CO2的排放,提高再生能源的比例,活用氫能是解決方法之一。

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