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为什么说“车载水解即时制氢”技术不可行?

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虽然有湖北工业大学两名学者的专利打底,又有地方官员点赞,但在不少学者看来,青年汽车掌门庞青年在河南南阳试水的“车载水解制氢技术”,毫无科学实用性。

5月28日,澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者联系到部分汽车、氢能专家,对庞青年“车载水解即时制氢氢能源汽车”技术的可行性、经济性和安全性作出分析。

“这个技术一点都不稀奇,学过初中化学的人都知道,说白了就是活泼金属制备氢气。但获得活泼金属的能耗是很大的,这是只要接受过初中化学知识的人,都应该懂。如果抛开汽车,在一些特殊的地方,比如说一些海岛还可以去运用。”同济大学汽车学院、新能源汽车工程中心教授林瑞直言,车载水解制氢技术不可能大批量应用。

同济大学汽车学院副教授、复合电源研究所氢能研究室主任(国家燃料电池汽车及动力系统工程技术研究中心)吕洪也认为,庞青年选择的制氢方式只是最简单的一种,但该技术用于车载肯定不合适。

2019年5月22日,南阳当地媒体发布题为《水氢发动机在南阳下线,市委书记点赞!》的报道称,水氢发动机在河南南阳市正式下线,这意味着,车载水可以实时制取氢气,车辆只需加水即可行驶。5月22日上午,南阳市委书记张文深到氢能源汽车项目现场办公时,为氢能源汽车项目取得的最新成果点赞。

这一表述引发极大争议,也让“车载水解制氢”这一多年前即已被产业界放弃的技术,重回公众视野。

林瑞表示,车载制氢的思路是很好,且美国通用公司十多年前就已尝试过,后来印证了不可行。实践下来,目前国际上比较通用认可的,还是采用高压储氢的方式。

同济大学汽车学院副教授陈凤祥认为,车载实时制氢系统很复杂,这导致复杂结构体积庞大,车里难以放下,“现在装样子是可以的,但正儿八经在路上跑的时候,要实时可控,整个体积会非常庞大。相当于车上背了个化工厂在跑。”

据南阳高新区管委会通报,南阳“水氢发动机汽车”专业名称是“车载水解即时制氢氢能源汽车”。该技术由湖北工业大学与青年汽车自2006年6月起联合研发,项目名称为“车载水解制氢用铝合金制备的关键技术基础研究”,2010年被科技部“973计划”批准立项,其基本技术原理是“铝合金粉末+催化剂+水”反应制氢,目前已取得相关专利。

虽然这项技术被戴上了“973计划”的帽子,且庞青年宣称“成本不用消费者担心”,但外界依然对这项技术的经济性和安全性充满怀疑。

下为澎湃新闻记者根据与专家对话内容,整理出的“六问”。

青年汽车董事长庞青年接受采访,介绍“水制氢汽车”原理。 澎湃新闻记者 石轶君 图一问车载水解制氢技术是否可行

吕洪表示,庞青年选择的制氢方式只是最简单的一种,原料主要是铝粉,为了促进反应加了所谓的催化剂,催化剂可以降低反应条件、促进反应。

但是,需要注意的是,若将该技术用于车载,吕洪认为肯定不合适。

“汽车用氢气跟每个人的开车习惯是有关系的,比如说要加速或减速,有的人喜欢可能猛踩刹车,有的人可能喜欢慢慢踩刹车,有的人喜欢猛踩油门,有的人可能喜欢慢慢加油,是有不同的情景的。那么对应到氢气,出来有时候会快,有时候慢。铝和水反应是一个化学反应,氢气的产生是不可控的,可能会出现想少量用氢时反而多了,想用大量氢气时来不及的情况。”吕洪表示,在这种情况下,中间必须加一个类似缓冲罐的东西,把氢气收集起来,但是,“如果说是要去这样做的话,为什么不直接用高压储氢,这不是多此一举吗?”

陈凤祥和林瑞也表达了类似的观点。

陈凤祥提到,氢气实时反应还存在的问题是,在车上装置氢气发生装置本身很复杂,空间利用率有限,同时实时产氢的效率也比较低。此外,在庞青年的技术中,铝粉是作为反应物的存在,“把铝粉放进去,最后还要把反应物拿掉,下一次再把铝粉放进去,这个过程也是很复杂的,铝粉的实时添加也有问题。”

二问车载水解制氢技术是否实用

陈凤祥表示,车载实时制氢系统很复杂,这导致复杂结构体积庞大,车里难以放下,“现在装样子是可以的,让氢气慢慢产生一点点当然没问题,但正儿八经在路上跑的时候,要实时可控,整个体积会非常庞大。相当于车上背了个化工厂在跑。”他认为,这一技术在车体这样的有限体积范围之内,不可能实现。

吕洪还提到,车用氢气是有品质要求的,“铝合金反应出来的水是偏碱性的,燃料电池是酸性的,在没有任何纯化的条件下,氢气进去第一肯定对燃料电池是很大的伤害,第二粉末状的氢氧化铝生成会和水汽等一起出来,预计出来之后会堵塞整个管道,甚至燃料电池。”

那么如果加装纯化装置呢?吕洪表示,如果再给它加一个纯化,就是整个化工厂。 同时,他提到,现在建加氢站有一个很大的问题在于,哪怕加氢站里面建一个制氢的设备都不允许,要求放到化工园区去,因为现在法规要求危险品的生产必须在化工园区。“如果说真的将来燃料电池普及了,每辆车上都带着这种化工厂到处跑,怎么监管?”

三问车载水解制氢技术是否经济

庞青年目前所用该项技术的核心内容是,通过水解一种铝合金粉末产生氢气。铝合金粉末中,铝为主材占比90%以上,理想的添加剂为铅、氯化镁与氧化锌三种金属。

林瑞表示,铝的价格远远高于氢气的价格,成本上非常的不划算。“9公斤的铝粉产生1公斤的氢气,假设当中没有任何的气体浪费,氢气完全反应,大概能够产生1000摩尔的电子。在没有任何传输损耗的情况下,在正常的工作电压0.6伏下,单电池产生的电能大概是16.08度电左右,100公里都不够跑,而铝粉的消耗量会非常的惊人。

根据这项技术的负责人、湖北工业大学原副校长董仕节(现已任湖北经济学院党委副书记、院长)向长江日报的回应,制氢后的水解产物偏铝酸可以进一步加工成微纳米级氧化铝。制氢后的水解产物都有很高的利用和经济价值。

对此,林瑞反驳称,那你要问问他,氧化铝的价格贵还是铝的价格贵,氧化铝跟铝的价格不是一个数量级,氧化铝的价格要便宜多了。

吕洪则表示,至少要知道系统能用的前提下,才去谈它的经济性。前提是整个工程化都已经达不到,怎么去评判它的经济性?

对于废料氧化铝,吕洪强调,氧化铝现在确实用途很广,比如纳米氧化铝本身可以作为耐火材料非常好,但是不能判断的地方在于,不是所有的氧化铝都能做成附加值很高的材料,要达到一定的用途的话,必须要达到一定结构。

四问车载水解制氢技术是否安全

林瑞认为,因为氢的爆炸极限范围很广,从4%到74%,理论上,范围这么广,又是在一个比较开放的系统,其实比较危险的。比如车辆在怠速时,不需要那么多的氢气量,但又产生很大的氢气量,就算车上有个储气罐,但一方面增加了整个车系统的复杂性,氢气的泄露也不可避免的,危险性显然可见。

林瑞提到,在实验室里,会安装很多的氢气探测器来检查氢气的泄露,甚至1%就可以报警。“简单来讲,车载制氢是难以控制的,在车上搭载一个不可控的制氢反应堆,安全性可想而知,如果这部分的氢是提供给燃料电池电堆的话,需要一定的压力,那还得再加压,如何保证在高压环境下的反应可控安全?”

谈及氢气的泄漏问题,吕洪表示,只要涉及氢气肯定都会有渗漏,因为氢气的分子太小,但总的来讲流程越长,中间的环节越多,氢气渗漏的概率就越大,“如果说氢气的纯度各方面要求都能够满足,假设所谓的工程问题都克服了,那么我觉得它这个流程是非常长的。我们现在在车上用高压氢气,其中一个原则就是,中间的接口环节尽可能要减少,但他(指庞青年)整个流程从制氢到纯化再到储氢,整个环节下来这种接头会有多少,所以肯定整个泄漏的概率就会高。”

五问目前主流的氢能源汽车采用的是何种技术

林瑞表示,车载制氢的思路是很好,且美国通用公司十多年前就已尝试过,后来印证了不可行,“如果说是静止状态下可能还行,问题汽车是跑动的,而且是经历不同的工况。”

林瑞介绍,实践下来,目前国际上比较通用认可的,还是采用高压储氢的方式。同时,现在国际上包括我国,也在致力于发展70兆帕的加氢站,或者提高车载用氢的压力,增加续时里程。此外,宝马集团原来还提出过采用液氢,因为液态氢能够储存的质量更多,因此里程会更高。但是由于液氢跟外界的温差较大,能耗比较大,所以目前只用在一些特殊的用途。此外,还有金属物储氢,在需要的时候再让它释放。由此,高压储氢、液态储氢和金属物储氢是目前储氢的三大主要方式,在线制氢则基本上是被放弃。

这三种方式中,据陈凤祥补充,最主流的还是高压储氢的方式,这种储氢方式目前全世界所有大的车厂,包括丰田、本田都在用。液态储氢则比较常用于军事上,比如说潜水艇,或者航天航空,车上用的比较少,且几乎到现在为止成功的例子比较少,用过的都不划算。

六问车载水解制氢技术未来是否可能大范围推广

谈及这个问题,受访专家都表示不认可。

陈凤祥认为,暂时应该说看不到这个前途。因为现有的其他方式比水解氢简单、便宜且更具可行性。“那种方案(指庞青年的水解制氢)可能就是一种炒作噱头,如果这种技术要是能用的话,丰田、本田早就用上了。实际上在十多年以前,关于金属粉末、液态、气态储氢,各大公司早都研究完了,研究完了之后最后取了一种方案,用高压储氢70兆帕,他这个方案(指庞青年)其实老早就被否决掉了。”

吕洪也表示,其个人认为有这么多工程问题要去解决,不管是从技术上,还是从经济性上,包括可行性上,很难实现。

林瑞也认为不太可能,可能会用在一些特殊的场合,但是用在汽车上不可行,还有很多技术上、经济上无法解决的问题。

对于庞青年的技术宣传,林瑞表示,“这个技术(指庞青年的水解制氢)是一点都不稀奇,学过初中化学的人都知道,说白了就是活泼金属制备氢气。但是获得活泼金属的能耗是很大的,这是只要接受过初中化学知识的人,都应该懂。如果抛开汽车,在一些特殊的地方,比如说一些海岛还可以去运用。如果希望通过这种方式来大批量应用,甚至觉得自己是一个非常伟大的发明创造,就是胡说八道了。”

她还表达了一些担忧,“其实我作为一个科学工作者,我思考的是为什么像这种违背科学常识的事情经常会发生,并且还打着这种非常高新技术的抬头,这个叫做迷惑公众。可能做科研的也好、教学工作者也好,我们还是有一些责任跟义务,做一些科普的工作,提高公众的一些分辨能力。”

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