燃料动力汽车的未来

　　美国洛杉矶过去的这几年，越来越多的燃料动力汽车出现在社区普通人们的家里。这些电动汽车，大部分来自于本田FCX Clarity车型，基本上都有着绯红色的车身。另外一些来自于梅赛德斯-奔驰F-CELL 的银色旅行车系列。这些车，是生产厂家出租给特定人群使用指定的一段时间后再收回的，主要是测验氢燃料汽车使用成本，以及对洛杉矶交通情况是否能起到积极影响。

　　到目前为止，大多数使用者感觉非常好。给他们这种感觉的，一个原因是，汽车排出来的是水蒸气，而不是二氧化碳；另一个好处是燃料电池汽车基本上没有“里程焦虑”困扰，比如日产的Leaf车型。

　　虽然本田和梅赛德斯这类车的行驶范围远远低于同类汽油车，虽然目前在洛杉矶地区只有五个对公众开放的加氢加油站，但是，燃料电动汽车充电时间比较短，仅短短几分钟就能重新注满动力，相比纯电动车或者混合动力车来讲，它们的续航能力能够给车主节省不少时间。假如对生产细节及供应条件进一步研究深化，大规模投入制造和使用，氢加油设施更为普及的条件下，燃料电池汽车应该对当代社会的汽车更替有非常大的吸引力和替代能力。

　　除了一般的问题之外，用来生产、输送和储存氢的设备是非常昂贵的。不同于用于生产氢化肥的工业氢或转换汽油的氢，制造燃料电池的氢，其纯度必须达到99.999%。在氢燃料的储存方面，由于氢具有最小分子，它几乎可以通过任何方式泄漏。而且它能使钢脆化，并导致钢很快腐蚀，加快裂纹扩展。因此，如果使用氢燃料，我们必须在特殊的输送管道和储油罐上支付较多的附加费用。

　　与汽油或柴油等矿物燃料不同，氢本身不是一种能源，它只是用于存储电能，氢燃料电池是使用氢这种化学元素，制造成储存能量的电池。其基本原理是电解水的逆反应，把氢和氧分别供给阴极和阳极，氢通过阴极向外扩散和电解质发生反应后，放出电子通过外部的负载到达阳极。跟电池的工作方式是一样。自然界和空气中免费的氢并未能形成使用的规模，须用电来破解水的构成元素才能大规模使用。

　　加州拥有许多太阳能发电场和风力发电场，大部分电力来源是绿色清洁环保的，因此比起石油燃料，电力能源派生了62%的压倒性优势。在夜间无法取环保电力时，需要充电的电动车其动力基本来源于燃煤电站。因此从总体而言，电动车辆、氢动力汽车对缓解温室效应、改善空气质量做出了一定的贡献。

　　当然，对汽车排放装置的改造也能控制污染源。不过，使用环保动力车，当然更加是上上之选。那么问题就变成了是否有更有效率的办法，能使氢较快较多地转化为动力？

　　越来越多的研究认为液态空气是解决的办法（液态空气占空气成分的78%）。这并不是一个新的创意。因为，空气液化早在 1883 年就有了，且与我们现在的操作是相同的过程：把空气压缩到200 个大气压、冷却到 190oC，然后突然让它扩大和凝结。这一过程将一千升的透明气变成 1.4 升的淡蓝色液体。

　　只要其存储容器能够很好地隔热，我们就能长时间地在大气压力下储存它。一旦在室温下暴露，它将马上沸腾并恢复到其气体的状态。在此过程中，它膨胀了 700 倍 ——这正是它提供作为活塞发动机或涡轮运行动力的原因所在。

　　液态氮可以起到更好作用，它比液体空气密度更高，每单位体积内可以存储更多的能量，允许汽车行驶得更远。从重量上考虑，液态氮能提供用于笔记本电脑、手机和电动汽车的锂离子电池相同的能量。

　　在性能和范围上，氮动力汽车与汽油柴油车不同，它更类似于电动汽车。不过，氮动力车的最大区别是很可能比电动汽车要便宜许多。一方面，它的引擎并不需要拥有应付高温的能力，其引擎材料可以用廉价合金甚至塑料来代替。另一方面，因为它不需要笨重的牵引电池，这方面就比电动汽车更能省一部分钱。目前，用于电动车的锂离子电池费用约在500至600 美元一千瓦时，日产Leaf 24千瓦时花费13，200美元，那么电池费用能占到汽车价格35，200美元的三分之一以上。同性能上，氮动力车的价格只需要电动车售价的一半。

　　氮动力车还有一个好处是，液态氮是液态氧工业过程的副产品。因为空气中氮四倍于氧气，必然是过剩的东西——以至于，在美国液态氮出售价格是牛奶价格的十分之一。

　　在发动机设计上取得突破，使得液态氮动力车比锂离子电池汽车更有吸引力甚至可以取而代之。英国工程师彼得？德尔曼独立发明出一种价格昂贵的热交换器，能够降低液态氮的蒸发速度。相反，少量的水和抗冻气体（比如甲醇) 喷入气缸一样能够导致液态氨沸腾以及迅速膨胀，从而迫使活塞在气缸底部。这位工程师认为，必须有这样一个多级的引擎，否则制造厂商不得不处理一些繁琐、 效率低下且昂贵的事情。

　　伦敦机械工程师学会对德尔曼这个发明非常重视，已经支持他设立工作组，成员包括工程师、 学者、政府官员和行业领袖，探讨如何利用液态氮技术来制作氮动力汽车。

　　如果氮动力车有更低的总成本和快速续航能力，作为零排放政策的实践者，汽车厂商会舍弃新一代的氢燃料电池车的制造吗？

　　根据本田提供的数据，燃料电池汽车的成本二到三倍于混合动力车。但，燃料电动车的造价比电池汽车更加昂贵。这就是为什么本田仅出了200辆燃料动力车，梅赛德斯仅出了70辆F-CALL汽车的重要原因之一。

　　尽管如此，最近巴黎车展还是展出了7种新的燃料电池车。虽然不可否认，其大部分都是概念车，但所有的车都能完全正常地使用。在未来，Who knows？

　　编译：杨杰、胡晓伟