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青年汽车的水氢发动机火了，而讲堂栏目，我们不关注这些背后商业运作的故事，我们关注的是，从技术层面上，水氢发动机是否真的“一无是处”？

水氢发动机的舆论核心爆点是，“只加水”就能跑，这自然是无稽之谈。

对，水氢发动机产生氢气的来源虽然是H2O水，但反应的核心是将氢原子从水中置换出来的活跃金属：铝。根据报道，水氢发动机应用的是湖北工业大学的专利技术，用铝合金与水在催化剂的作用下反应生成氢气，反应的基本方程式如下：

活跃金属大多能够与水反应置换出氢气，中学化学课上许多人应该也见过金属钠与水剧烈反应的试验。但钠、钾、钙这类活跃金属太过活跃，很难稳定存在，工业提纯困难，价格高昂，因此无法作为制备氢气的材料。

铝在正常情况下也无法与水持续反应生成，表面会迅速生成致密的氧化物形成隔绝保护层。不然我们生活中的铝锅、铝盆早就化了。湖北工大的专利便是利用铝的合金与催化剂使反应能够持续稳定的进行。并且铝作为地壳中存量最大的金属元素，工业制备体系完善，成本可控，才有希望作为生成氢气的反应原料。

水氢发动机利用这一反应，生成的氢气供应给氢燃料电池用以发电，以电动机驱动车辆。它比起传统的燃料电池汽车，最大的区别就是用不着加氢，加水和铝合金就行。从而避开了当前极度不完善的氢气供应体系，无需建立庞杂的加氢网络，也无需研究氢气的运输存储问题。这种方式，学术界早有研究，学名“车载制氢”。

因此，在我看来，如果青年汽车这套铝合金车载制氢技术真的能够实现成本可控、效率可行的商业化运用，就算没有这番“水变油”般的小聪明，也足以称得上是重大科学突破。因为，一套完整的氢气供应链实在是太贵了。但看青年汽车的德行，科技突破的可能性不大。

不管这些糟心事，让我们来看看这车载制氢能给燃料电池汽车带来什么。

☆为什么要车载制氢？——氢气供应老大难

就像汽油车依赖加油站，电动车需要兴建充电桩以及大功率配电网络一样，以氢气作为燃料的燃料电池汽车也离不开加氢站以及上游的工业化制氢体系，完善的能源供应是汽车运用的前提。能源补充点要多，要方便快捷，成本要低廉，这是汽油已经具备的优势，不论电能还是氢气，想要取而代之，至少不能示弱。便利补充氢气是燃料电池汽车推广的前提。可惜，当前的燃料电池汽车产业链并没有找到可行的解决办法，加氢站几乎没有，氢气成本却始终高企。

当前氢气的主要来源是石油产业加工过程中的副产品。文献资料显示，世界氢气年产量约为4000万吨，其中绝大部分（96%）是从石油、煤炭、天然气等化石能源制取的。少部分利用电解水方法。化石能源制氢会产生大量的排放与二氧化碳气体，因此化石能源制氢会让燃料电池汽车面临与纯电动车相同的诟病：以全生命周期来看，使用氢气的排放并不低。

天然气水蒸汽重整制氢

电解水制氢虽然不直接产生污染，氢气纯度高，但能耗极高，4度电只能产生1m3氢气。产生的氢气再用来发电却发不了多少，也就是说，用电解制氢还不如直接充电损耗小呢，这是热力学第二定律决定的。除非可控核聚变或太阳能发电等二次清洁能源技术极大发展，电能极度富裕且电池技术停滞不前，电解水制氢再用于燃料电池才有车用的现实意义。

除了以上两种主流方法，还有太阳能制氢、生物质制氢、金属制氢等制氢方法，各有优缺点，但这些方法均存在一个重大问题：因为各种原因，现在还没有大规模的工业化应用，尚待更进一步的研究，因此简单了解一下就好。

有三种方式利用太阳能制氢，1.太阳能发电，电解水制氢；2.利用太阳能的高温进行制氢；3.光解水制氢。

光解水制氢是最具有吸引力的方式，它利用Pt/TiO2半导体电极所组成的电化学电解槽中光解水，产生氧气和氢气，这种方法转化率低，催化剂寿命短、且使用到贵金属、成本高昂，需要进一步研究高效的光解催化剂和稳定的反应体系，但充分利用了太阳能这种丰富的可再生能源。

即使有了足够的氢气，氢气的存储与运输也是难题。众所周知，氢气是密度最小的气体，同体积下，氢气分子量/质量都极低，而且氢气的临界液化温度低至零下240摄氏度，几乎不可能被液化。但目前最为主流的储氢方法却还是高压储存，因为和其他的储氢手段如储氢金属/金属氢化物（利用氢气会在部分金属/合金如钯中扩散的原理储存）以及碳纳米管、金属有机骨架等高分子材料吸附氢气储氢等相比仍然具有不可替代的高实用性。

当前常用的高压储气瓶有两种规格，35MPa和70MPa，35MPa储氢的质量储氢密度仅为3%左右，也就是说100kg的氢瓶中只有3kg氢气，而DOE（美国能源部）对70MPa储氢提出的质量/体积储氢密度技术要求也仅为6%和0.06kg/L，因此丰田Mirai用了70MPa储氢技术，还需要背将近200L的储氢罐，而且因为高压，储氢罐一般只能做成圆柱形，后排及后备厢空间被大量侵占。

而且，别看70MPa氢罐的储氢能力也不咋样，国内甚至还没有足够的实力来制造。因为随着压力提高，氢气会从氢瓶瓶身金属的细小缝隙中泄露，甚至渗透嵌入金属中（类似前文提到的储氢金属），这会造成“氢脆”现象，导致氢瓶损坏。氢瓶的材料要轻，要耐高压，还得抵抗“氢脆”，成本高，制造难。

氢气的储存难也带来了运输上的困难，单车运输量少，运输气罐成本高。金属氢化物等储氢技术转化速度过慢，装卸时间长。其实类似天然气的管道运输更加适合大批量的氢气运输，但建设成本又是一个大问题。

高压、气态、广爆炸极限范围、快扩散速度等特性也让加氢站的建设要求远比加油站更高，不仅仅是氢瓶，加氢气枪同样要承受70MPa以上的高压才能将氢气灌入燃料电池汽车，这可不是一个厚皮铁罐子可以解决的，对加氢设备内部的阀门、管路、各种传感器、设备操作人员的专业素养也提出了更高的要求。综上所述，燃料电池汽车的氢气供应体系至今处于百废待兴的状态。

既然加氢站一时半会儿建不起来，那么就有学者考虑让汽车自带一个制氢工厂，这样就避免了氢气的储存和运输问题，车载制氢应运而生。其实车载制氢最早并不是为了燃料电池服务，而是为了在内燃机燃料中掺氢提高热效率。车载制氢的要求比工业化制氢更高，反应的温度不能太高；反应速度不能过慢，最好可控；产物纯度尽量高，不要有太多杂质；燃料的转化效率高等。

可用于车载制氢的燃料有许多，甲醇、乙醇、二甲醚等醇类或汽油、柴油、天然气等烃类，这些碳氢化合物燃料均可作为车载重整制氢的燃料。其他还有如金属置换制氢（青年汽车就是这种方法）、金属氢化物水解制氢等。

☆当前最为成熟的车载制氢技术为甲醇重整制氢

甲醇在常温常压下为液态，不易发生自燃、爆炸、毒性小、安全性高、能量密度高，其生产、储存、运输、充加等整个流通环节不需专用装置。在釆取一些措施后,便可利用现有汽油储运系统。从化学角度看,甲醇分子结构筒单，氢碳比例高，无碳-碳原子共价键，易分离，比其他燃料更容易释放氢，制氢温度低，反应容易实现，且不含硫，减少催化剂中毒的可能。甲醇的来源很广，既可以用天然气生产，又可以用有机物生产，能摆脱对石油的依赖。

另外，甲醇添加速度快，不需特殊安全装置，只要燃料箱由足够容量，就可延长续驶里程。综合比较起来，甲醇是现阶段最理想的车载制氢原料。注意，别和DMFC直接甲醇燃料电池搞混淆了。甲醇重整制氢是为了制取氢气提供给质子交换膜燃料电池PEMFC使用，而DMFC则可直接使用甲醇作为发电原料，但DMFC在寿命、环境需求、输出性能等方面不如PEMFC成熟。

曱醇制氢可以采用水蒸气重整（SR）、部分氧化重整（POX）以及自热重整（ATR）等方式,也可采用甲醇裂解方式。

由于有水蒸气参与反应，氢气产量较大，但这个反应需要加热，反应温度大约600℃左右，并且会有中间产物CO残余。

部分氧化重整是将燃料与氧结合制氢,并会生成一氧化碳。这种方法一般利用空气为氧化剂，但会有大量稀释的氮气放出（不是产生）。过程中产生的一氧化碳进而也会与水蒸气反应生成氢和二氧化碳。整个过程是一个强烈放热的反应，动态响应快，但工作温度最高可达800℃，散热问题严重。

车载甲醇制氢系统

车载制氢比起普通采用加氢模式的燃料电池汽车少了高压氢罐，但多了车载制氢机、氢气提纯装置、氢气暂存以及燃料储存装置等，整体空间利用率并不占优。而且控制更加复杂，并且车辆产生的氢气纯度尚存在问题，车用的质子交换膜燃料电池采用的Pt催化剂非常娇贵，车载制氢不可避免会产生的一氧化碳会严重影响燃料电池的寿命。

在燃料电池本身尚未发展起来的当下，车载制氢也还处于襁褓之中。未来究竟如何，尚未可知，在此之前，我们欢迎各种不同的技术可能，也应该擦亮眼睛，掌握点核心知识，培养自我判断能力，就不用担心被某些别有用心大忽悠带偏了。

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本文作者为踢车帮陆思灏