一、氫動力汽車概述
       1、概念
       氫動力汽車是指以氫為主要能量作為移動的汽車。一般的內(nèi)燃機，通常注入柴油或汽油，氫汽車則改為使用氣體氫。燃料電池和電動機會取代一般的引擎，即氫燃料電池的原理是把氫輸入燃料電池中，氫原子的電子被質(zhì)子交換膜阻隔，通過外電路從負(fù)極傳導(dǎo)到正極，成為電能驅(qū)動電動機；質(zhì)子卻可以通過質(zhì)子交換膜與氧化合為純凈的水霧排出。
       2、優(yōu)劣分析
       優(yōu)點：氫動力汽車是一種真正實現(xiàn)零排放的交通工具，排放出的是純凈水，其具有無污染，零排放，儲量豐富等優(yōu)勢，因此，氫動力汽車是傳統(tǒng)汽車最理想的替代方案。與傳統(tǒng)動力汽車相比，氫動力汽車成本至少高出20%。
       缺點：氫燃料電池成本過高，而且氫燃料的存儲和運輸按照技術(shù)條件來說非常困難，因為氫分子非常小，極易透過儲藏裝置的外殼逃逸。另外最致命的問題，氫氣的提取需要通過電解水或者利用天然氣，如此一來同樣需要消耗大量能源，除非使用核電來提取，否則無法從根本上降低二氧化碳排放。
       3、工作原理
       將氫氣送到燃料電池的陽極板(負(fù)極)，經(jīng)過催化劑(鉑)的作用，氫原子中的一個電子被分離出來，失去電子的氫離子(質(zhì)子)穿過質(zhì)子交換膜，到達燃料電池陰極板(正極)，而電子是不能通過質(zhì)子交換膜的，這個電子，只能經(jīng)外部電路，到達燃料電池陰極板，從而在外電路中產(chǎn)生電流。電子到達陰極板后，與氧原子和氫離子重新結(jié)合為水。由于供應(yīng)給陰極板的氧，可以從空氣中獲得，因此只要不斷地給陽極板供應(yīng)氫，給陰極板供應(yīng)空氣，并及時把水(蒸氣)帶走，就可以不斷地提供電能。燃料電池發(fā)出的電，經(jīng)逆變器、控制器等裝置，給電動機供電，再經(jīng)傳動系統(tǒng)、驅(qū)動橋等帶動車輪轉(zhuǎn)動，就可使車輛在路上行駛。與傳統(tǒng)汽車相比，燃料電池車能量轉(zhuǎn)化效率高達60~80%，為內(nèi)燃機的2～3倍。燃料電池的燃料是氫和氧，生成物是清潔的水，它本身工作不產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳，也沒有硫和微粒排出。因此，氫動力汽車當(dāng)之無愧地是未來汽車發(fā)展的重點！
       二、氫燃料特點分析
       1、氫燃料介紹
       氫是一種無色的氣體。燃燒一克氫能釋放出142千焦?fàn)柕臒崃?，是汽油發(fā)熱量的3倍。它燃燒的產(chǎn)物是水，沒有灰渣和廢氣，不會污染環(huán)境。氫的重量特別輕，它比汽油、天然氣、煤油都輕多了，因而攜帶、運送較不方便，但氫作為燃料仍然被認(rèn)為將會成為21世紀(jì)最理想的能源。氫燃料作為能源的突出特點是無污染、效率高 、來源廣、可循環(huán)利用等。
       2、制氫方法
       傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)氫能的方法，包括天然氣或裂解石油制氫、無二氧化碳排放制氫、煤汽化制氫、甲醇制氫及變壓吸附制氫等。并對再生氫的制備方法、物理法儲氫、化學(xué)法儲氫、碳材料吸附儲氫展開論述，最后對其今后的發(fā)展動向作出預(yù)測及總結(jié)。
       3、儲氫方法
       傳統(tǒng)儲氫方法有兩種，一種方法是利用高壓鋼瓶（氫氣瓶）來儲存氫氣，但鋼瓶儲存氫氣的容積小，而且還有爆炸的危險；
       另一種方法是儲存液態(tài)氫，但液體儲存箱非常龐大，需要極好的絕熱裝置來隔熱。近年來，一種新型簡便的儲氫方法應(yīng)運而生，即利用儲氫合金（金屬氫化物）來儲存氫氣。
       三、國外氫動力汽車發(fā)展現(xiàn)狀
       美國能源部在近日對外表示，韓國汽車制造商現(xiàn)代汽車、德國汽車制造商奔馳、日本車企日產(chǎn)汽車和豐田汽車已經(jīng)與該部門達成了協(xié)議，將準(zhǔn)備推出首輪氫動力汽車。這一公共部門與私人企業(yè)合作模式將會把關(guān)注的重點放在氫能源基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建上，且將會把這個命名為H2USA。
       主要發(fā)達國家氫能源汽車發(fā)展情況
       1、美國
       早在1994年，克林頓政府實施“新一代汽車合作計劃”（PNGV），耗資15億美元，開發(fā)3倍于當(dāng)時燃料效益的新一代先進轎車。布什政府提出“自由轎車”（Freedom car）項目以及“自由燃料”（Freedom fuel）計劃（氫計劃），總共耗資17億美元，從事氫能燃料電池、氫能基礎(chǔ)建設(shè)與尖端車輛科技的發(fā)展。
       美國計劃在2020年廣泛推廣實用性的氫燃料電池車。美國政府堅信，到2015-2020年，燃料電池電動汽車和氫燃料的加注基礎(chǔ)設(shè)施，將一切準(zhǔn)備就緒。
       2、日本
       從世界范圍看，日本是新能源車技術(shù)發(fā)展速度最快的幾個國家之一，特別是在混合動力汽車的產(chǎn)品發(fā)展方面，日本居世界領(lǐng)先地位。在燃料電池汽車領(lǐng)域，日本從1993年起就開始實施“世界能源網(wǎng)絡(luò)”計劃，深人研究氫及其基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)，希望到2020年逐步推廣氫能。
       3、歐洲
       在歐洲層面上，荷蘭、丹麥、瑞典、法國、英國與德國六國已經(jīng)達成共同開發(fā)推廣氫能源汽車的協(xié)議，各國將一同建設(shè)一個歐洲氫氣設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，并協(xié)調(diào)能源傳輸。
       據(jù)荷蘭政府網(wǎng)刊登的信息顯示，今后兩年荷蘭將通過多項措施推廣氫燃料電池車，荷蘭基礎(chǔ)設(shè)施與環(huán)境部國務(wù)秘書曼斯費爾特表示，荷蘭正處于向氫能源汽車轉(zhuǎn)型的歷史性時點。從今年起的一段時間內(nèi)，現(xiàn)代、豐田、戴姆勒克萊斯勒、本田等公司都將在荷蘭市場推出氫能源汽車。因此，荷蘭國內(nèi)需要為這項產(chǎn)業(yè)升級做好應(yīng)有的準(zhǔn)備工作，政府與市場將通過補貼、增加排放稅等途徑，協(xié)力創(chuàng)造有利于氫能源汽車推廣與研發(fā)的環(huán)境。
       目前，荷蘭已有部分氫燃料公共汽車作為示范項目運行，預(yù)計2015年全球市場上將有數(shù)千輛氫燃料電池車。荷蘭政府的帶頭作用，將全球氫能源汽車的發(fā)展推上新的階段。  
       英國政府提出，將大力發(fā)展氫燃料電池汽車，其計劃2030年之前英國氫燃料電池車保有量達到160萬輛，并在2050年之前使其市場占有率達到30%-50%。
       4、加拿大
       政府投入2.15億加元進行“氫能早期采用者計劃”，用于開發(fā)新觀念，包括氫能高速公路的建設(shè)。“加拿大運輸燃料電池聯(lián)盟”，政府出資2300萬加元展示燃料電池車。還有，“加拿大燃料電池氫能社區(qū)  伙伴”、“溫哥華燃料電池專案”以及“復(fù)合燃料電池運輸公共項目”等項目。
       5、冰島
       人口僅28萬，58%的能源和近100%的電力來自水電和地?zé)?，早?999年就提出到2030年將率先建成氫經(jīng)濟，首先更換首都雷克雅未克的全部公交車，一并使全部機動車和漁船使用氫燃料電池。
       四、國內(nèi)氫動力汽車發(fā)展現(xiàn)狀
       我國早在2001年2月，“十五”國家高新技術(shù)研究發(fā)展計劃（簡稱863計劃）電動汽車重大專項通過了科技部立項論證會，這是我國有史以來最大的新能源汽車科技專項項目正式啟動?？傮w投入24億人民幣，三大汽車集團、112家科研單位參與研發(fā)，同時制訂了三大戰(zhàn)略目標(biāo)（實現(xiàn)我國車用潔凈燃料的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)換，減輕對石化能源需求的壓力；跳出先污染再治理的怪圈，首先解決大城市公交問題，改善城市大氣環(huán)境；跨越式發(fā)展，在世界汽車工業(yè)新一輪競爭中占領(lǐng)制高點）、“三橫三縱”研發(fā)布局（三橫：純電動車、混合動力汽車、燃料電池汽車；三縱：電池、電機、控制系統(tǒng)的零部件）和新能源汽車發(fā)展戰(zhàn)略（優(yōu)先發(fā)展燃料電池汽車。
       國務(wù)院印發(fā)的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提到，十二五期間，我國將繼續(xù)開展燃料電池汽車運行示范，提高燃料電池系統(tǒng)的可靠性和耐久性，帶動氫的制備、儲運和加注技術(shù)發(fā)展，使我國燃料電池汽車、車用氫能源產(chǎn)業(yè)與國際同步發(fā)展。
       同濟大學(xué)和上汽聯(lián)合研制的氫燃料電池車，曾在2011年必比登新能源車大賽上獲得第三名。與世界領(lǐng)先技術(shù)相比，中國的燃料電池和儲氫罐的承壓技術(shù)還有差距，但基本技術(shù)已經(jīng)具備。
我國盡管沒有官方大力提倡和投資，氫燃料電池車也在頑強研發(fā)中。上汽從2006年起開始研發(fā)氫燃料電池車。2014年3月28日，上汽和大眾汽車集團在德國簽署聯(lián)合聲明，共同開發(fā)氫燃料電池技術(shù)，據(jù)稱持續(xù)投入已超過10億元。
       目前，我國首輛氫燃料電池電動機車歷時四年終于研制成功，目前可以用于工業(yè)領(lǐng)域，比如礦山牽引車。另外，08年奧運會期間我國自主研制的20輛氫燃料電池轎車投入運營，為首批獲得國家上路許可證的燃料電池汽車，同濟大學(xué)參與研制。
       五、氫動力汽車前景分析
       1、氫燃料行業(yè)前景光明
       氫能源行業(yè)的美好前景尚不止如此。美國移動通信運營商巨頭斯普林特日前就表示，該公司將使用氫燃料電池作為其城市屋頂站點的備用能源，并已布局了約500組氫燃料電池，來為該公司自身的網(wǎng)絡(luò)布局提供備用電源系統(tǒng)。
       氫燃料電源系統(tǒng)吸引通信行業(yè)的一個原因是模組化和相對輕的電池重量，這使得氫燃料電池更容易被安裝。需要指出的是，氫燃料電池可以在地面再次充電，而無須將其搬到屋頂續(xù)航，這是與以往柴油發(fā)電機相比的一大優(yōu)勢所在。斯普林特的這項投資已經(jīng)得到了美國能源部的財政支持。
       聯(lián)邦卡車也同樣得到了美國能源部的財政撥款，其中被授予的300萬美元應(yīng)用在氫燃料電池動力增程器項目中，并與史密斯電動汽車（SEV）和普拉格能源共同合作完成。該項目研究的核心在于給20輛聯(lián)邦廂式貨車提供氫動力增程器，到目前為止，應(yīng)用鋰電池結(jié)合10千瓦的普拉格GenDrive 1000系列的氫動力增程器，一次充電就可使聯(lián)邦卡車?yán)m(xù)航里程翻倍。
       近期，普拉格能源對外界宣布其GenDrive1000系列再添“新丁”——GenDrive1900，該系列燃料電池將用來替代酸鉛蓄電池，且能源補充僅需兩分鐘，使公司的客戶群擴大到零售業(yè)和制造業(yè)等領(lǐng)域。普拉格能源公司總裁兼首席運營官安迪•瑪施表示：“新產(chǎn)品拓寬了我們的市場領(lǐng)域，有力地維護了我們作為領(lǐng)先的質(zhì)子交換膜（PEM）燃料電池集成商在物料搬運行業(yè)的地位。”
       此外，目前正在測試氫燃料電池技術(shù)的公司還包括巴拉德動力系統(tǒng)、Hydrogenics公司和昆騰燃料系統(tǒng)技術(shù)。巴拉德在去年協(xié)助澳大利亞電信股份有限公司在容易發(fā)生電路故障的鄉(xiāng)村安裝了9個燃料電池備用電源，以緩解由于意外停電給用戶帶來的不便。
       2、氫動力汽車或迎來春天
       近年來，國際主流車企致力于在電動汽車領(lǐng)域探索的同時，也在紛紛聯(lián)手以期尋求在燃料電池領(lǐng)域獲得突破，從而為新能源汽車謀求另一新出路。據(jù)日本媒體報道，本田和通用汽車上月正式宣布，將在燃料電池車等共同開發(fā)領(lǐng)域展開合作。事實上，除了本田與美國通用外，豐田也正在計劃與寶馬在2020年之前開發(fā)出新的燃料電池基礎(chǔ)系統(tǒng)，其中，豐田向?qū)汃R提供基礎(chǔ)性技術(shù)，而寶馬則利用其在氫氣瓶等輕量材料“碳纖維”上所具有的優(yōu)勢與之合作。此外，日產(chǎn)與德國戴姆勒、美國福特也在開展合作，并計劃在2017年發(fā)售相關(guān)車型。
       業(yè)內(nèi)人士表示，車企之間的開發(fā)競爭日趨激烈有助于量產(chǎn)技術(shù)的革新和制造成本的降低，進而有利于大幅削減用于氫氧反應(yīng)催化劑的白金使用量，從而降低燃料電池車成本。富士經(jīng)濟公司統(tǒng)計顯示，燃料電池車的全球市場規(guī)模在2013年至2025年期間有望飆升。這意味著，氫動力車正成為特斯拉為代表的鋰電池車的重要對手。
       國際汽車廠商紛紛“下注”氫動力汽車的同時，中國車企也不甘落后。行業(yè)研究人士表示，中國氫氣資源很豐富，相較太陽能、風(fēng)能等清潔能源，氫能是更穩(wěn)定和易于儲存的能源，最適合全部儲存起來作為汽車燃料，而“充氫”過程中的氫氧結(jié)合，則是典型的循環(huán)經(jīng)濟。
       受技術(shù)、成本和基礎(chǔ)設(shè)施的制約，國際上對氫燃料電池車商業(yè)化的目標(biāo)從2014年推遲到2017年。要實現(xiàn)這一目標(biāo)， 取決于燃料電池中作為催化劑的鉑金用量進一步下降，同時燃料電池壽命提高到5000小時(相當(dāng)于跑20萬公里)以上，動態(tài)穩(wěn)定性提高，另外，大規(guī)模的制氫和存儲工藝也有待解決完善。