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加水的发动机不靠谱 新能源车还有哪些“新”方法? | Y车评

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发表于 2019-5-29 06:17:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
Y车评 yautoshow

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前不久,一则关于“水氢发动机”的新闻刷爆了各大媒体。有媒体发表新闻《水氢发动机在南阳下线,市委书记点赞!》,新闻中声称青年汽车公司研发出一种新能源汽车,“只用”加水就能行驶。这条新闻快速引来了四面八方的嘲讽,一时间有关于物理、化学、能量守恒、催化剂、燃料电池等知识的的科普也层出不穷。在新能源汽车盛行的当下,还有哪些能够替代汽油的方法呢?


最热门的新能源:燃料电池

从广义的角度来说,能够将化学能直接转化成电能的装置,都属于燃料电池。这些燃料可以是时下最热门的氢气,也可以是传统燃料汽油、乙醇等有机物,甚至还可以是部分活泼的金属,例如铝、锌等等。
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注:燃料电池

这三种燃料电池虽然“燃料”形式各不相同,但实际运行方式都大同小异,与我们日常使用的一次性电池也十分相似。简单来说,燃料电池就是通过阳极、阴极和电解质的化学反应,将电能向外输出的装置。之所以称之为“燃料”,就在于它所使用的化学能能量源,大多为氢气等可燃烧物质,所利用到的化学反应也大多为燃料和氧气的化学反应,因此大家习惯性称之为燃料电池。


根据青年汽车官方表示,所谓的“水氢”发动机,水只是所需原料之一,车辆运行还需要用到原料铝。换句话说,水氢发动机应该是铝和水反应制氢,燃料电池再用氢发电这样两步技术的综合体,水反倒不是重点。


水氢发动机的出现,也反映出当下燃料电池的尴尬处境。从理论上来说,燃料电池可以具有很高的使用效率、运转时没有运动部件、噪音小、需要维护少、工作也更可靠,理应是非常理想的方式。但实际上,燃料们在电解质内部的化学反应缓慢,即使相对简单的氢气,也需要在极高难度稀有金属催化作用下才能发生,这使得燃料电池的造价极高,也非常依赖稀有金属的使用。相比之下,氢气制备以及高压存储和运输,倒并不是个难题。毕竟水加铝这种简单反应就可以实现。


目前最接近量产状态的燃料电池乘用车,应当属丰田的Mirai以及现代的NEXO。但实际上,两辆车仅动力系统造价就高达数十万,而且动力系统本身还会占据较大的车内空间,最终也不过提供了100kW左右的动力输出水平,可以说现阶段的燃料电池车辆性价比极低。另一方面,燃料电池车辆对于稀有金属催化剂存在着巨大的依赖,丰田生产一辆Mirai需要超过100g左右的铂金,这还是技术迭代至今的结果。想想自己舍不得给老婆买手镯的样子,一口气要买二两催化剂,还真让人不舍。何况全世界的稀土存量,也不够让大家都开上燃料电池车。
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注:丰田Mirai

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注:丰田FCV燃料电池车

水氢发动机是一场闹剧,但也确实暴露出了技术当下的无奈,燃料电池对于汽车来说,还远无法走向市场。


最剑走偏锋的新能源:燃气轮机

之前一家名为“泰克鲁兹”的公司发布了一款搭载燃气轮机的概念车。虽然车本身并不量产,但却告诉大家了一个信号,飞机上用的燃气轮机,汽车也许也能拿来用。
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注:泰克鲁兹燃气轮机

相比内燃机而言,燃气轮机拥有更高的热效率,燃料的利用率更高,而且燃气轮机本身功率大,可以用来制造高性能车辆。但是机械方面,燃气轮机的“调速性”很差,为了维持高效率基本只能定速运行。所以燃气轮机本身不直接驱动车辆,对于汽车而言,更像是一个高效率的发电机:先把油发成电,再用电驱动车。这也是当下混动汽车概念中,不太流行的“增程式串联混动”。


燃气轮机因为冷门,缺乏相应产业链支持,目前拥有比燃料电池更高的成本以及更少的关注度。只能说,想想自己车后面背了一台小型燃气轮机,这事还挺酷。


最大胆的新能源:核电池

核能从被人类发现开始,就始终属于掌上明珠。核能具有极高的能量密度,也许只需要一小块燃料,就足够一辆车一直运行到报废。但是也因为其极难控制,所以核能始终没有合适的民用品。


目前比较常见的核能利用方法分为三种,一种是核电站,利用中子轰击铀-235的链式反应发电。一座1000万千瓦的核电站,一年只需要30吨的铀燃料。


另一种微型核电池,则是利用核燃料的自然半衰产生电能。不过目前敢用于民用销售的,都属于超低功率范围。例如City-Laps公司提供的氚电池,虽然电池能够连续使用数十年,但是最大也仅能提供100微瓦的功率,仅仅适用于传感器一类。
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注:氚核电池

还有一类核电池叫做“放射性同位素热电机”(RTG),与其称为电池,它更像是“取暖器”。这一类电池的发电效率并不高,但是会产生很大的热量。在《火星救援》电影里面,主角利用核电池为火星车内部加热,起到保暖作用。之前探访冥王星的新视野号就采用了一块这样的核电池,它产生300瓦电能的同时,还能够产生4400瓦的热量。
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注:《火星救援》核电池车

可以说核电池的能量利用率,简直比内燃机还要低,也许核能的最好归宿,就是在大型核电厂里面烧水发电了。


最有趣的新能源:压缩空气

压缩空气作为能源,曾上过新闻,也曾被人嘲笑过。但实际上,利用压缩空气作为能量驱动汽车的做法,早就实现了,并且形成了独特的适用范围。


用压缩空气驱动汽车,并不是说像火箭一样,将空气向后喷射反推车辆往前走。压缩空气实际只需要推动汽车内部的机械气泵,带动机械泵旋转,然后通过各级变速传动机构最终带动车轮向前即可。
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注:印度某公司生产的空气汽车“AIR POD”

驱动车辆的能量,来自压缩空气本身具有的势能,用空气泵将空气压缩进气罐的过程即是补充能量的过程。相比电池储存能量而言,空气能几乎不用担心容量衰减问题,而且有插座的地方就可以向车辆充能,还比较方便。不过空气能毕竟属于机械能,压缩气罐的安全要求也限制了空气管的能量密度不会太高,车辆的续航普遍比较短。


因此,空气动力车最合适的使用场景还是工厂内部运输车辆。许多工厂本身都会用到压缩空气作为动力,驱动工厂内的各种设备,相信你一定在4S店维修间里见过气动扳手一类东西。车辆在这样的工厂内部使用,补充能量会非常方便,同时也因为时内场车辆,本身也不需要太长续航里程,更何况,没有电池一样的寿命容量衰减,对工厂非常合适。


曾经PSA标致雪铁龙集团生产过更加有趣的车辆:空气混动汽车。用压缩空气代替电池系统,进而制造出了混动版车型。混动车辆本身对电池容量需求较低,可以弥补空气能密度较低的劣势,同时空气能没有容量损耗又可以打消消费者的部分维护焦虑。
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注:标致空气混动车

可以说,压缩空气作为一个中间能源,无论是车辆的能量回收、外接补充能量、打造混动系统,都是一个很有意思的选择。


最折衷的“新”能源:其它燃料

这里之所以把新字打上引号,是因为这一类方法依然是建立在内燃机体系上,只不过用其他燃料替代了石油。甲醇、乙醇、天然气、液化气、乙二醚等等替代燃料,各大汽车厂或者高校都有相应研究,但都因为各种问题没有最终走向市场。


现在汽车最常使用的能源,汽油和柴油都来自天然石油,而天然石油总用使用完的一天。最理想的替代燃料,最好能够完全低成本的人工合成,替代车辆对天然石油的依赖。目前最接近理想的燃料就是乙醇。乙醇可以通过农作物酿造提炼而来,并且发动机也不需要经过大幅度改造即可使用。
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注:乙醇汽油

现在很多城市/省份都在使用乙醇汽油,汽油当中加入了10%含量的乙醇,这也在一定程度上减轻了对石油的依赖。作为技术积累,如果日后石油真当枯竭了,乙醇也许是大家回忆内燃机声浪的最佳替代品。
编辑  |  胡镇涛
责编  |  辜雪
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