当谈到发动机的替代电源时，在普通大众的心目中，燃料电池目前落后了。但专家认为，氢燃料电池汽车未来会迎头赶上。但是这项技术是如何运作的呢？优缺点都有什么？

更少的污染物、更少的噪音——这些都是电动汽车的众多希望之一。谈到电动汽车，大多数人会想到带有大电池的汽车，您可以从墙上的电源插座充电。然而，交通专家对另一种推进技术寄予厚望——包括替代长充电时间的技术。

1. 氢发动机是如何工作的？

氢燃料电池汽车由电动机驱动，因此被归类为电动汽车。常见的缩写是 FCEV，是“Fuel Cell Electric Vehicle”的缩写，与 BEV 或“Battery Electric Vehicle”形成对比。

氢燃料电池汽车与电动汽车不同，其自己发电不从外部电源充电的内置电池发电，而是拥有自己的高效动力装置——燃料电池。

在 FCEV 的燃料电池中，氢气和氧气产生电能并将能量引导至电动机中进而产生动能，这个过程发生了反向电解，其中氢与燃料电池中的氧发生反应。氢气来自 FCEV 内置的一个或多个储罐，而氧气则来自环境空气。这种反应的唯一结果是电能、热量和水，它们通过废气以水蒸气的形式排放。

氢发动机的燃料电池产生的电力可以有两种途径，具体取决于具体驾驶情况的需求。它要么流向电动机并直接为 FCEV 供电，要么为电池充电，电池存储能量直到发动机需要它。这种被称为峰值功率电池的电池比全电动汽车的电池要小得多，因此也更轻，因为它由燃料电池不断充电。

与其他电动汽车一样，氢动力汽车也可以回收或“回收”制动能量。电动机将汽车的动能转换回电能并将其馈入备用电池。

2、氢动力汽车对用户的利弊

可以从两个主要角度来看待特定推进技术的优缺点：用户的角度和环境的角度。如果任何技术要成功替代内燃机，它必须是用户友好的，并显着减少污染物的排放。

对用户的好处：

氢燃料电池汽车的推进是纯电动的。当你驾驶一辆时，感觉就像驾驶一辆普通的电动汽车。那是什么意思？几乎没有发动机噪音和活泼的启动，因为电动机即使在低速下也能提供全扭矩。

另一个优点是快速充电时间。根据充电站和电池容量，全电动汽车目前需要 30 分钟到几个小时才能充满电。另一方面，燃料电池汽车的氢罐已满，可以在不到五分钟的时间内再次行驶。对于用户来说，这使车辆的可用性和灵活性与传统汽车相媲美。

就目前而言，氢动力汽车的续航里程仍然比纯电动汽车更长。一个完整的氢气罐将持续约 300 英里（约 480 公里）。电池驱动的汽车可以与非常大的电池相匹配——这反过来又会导致车辆重量和充电时间的增加。

燃料电池汽车的续航里程不依赖于外界温度。换句话说，它不会在寒冷的天气中恶化。

目前对用户的缺点：

目前，氢燃料电池汽车最大的缺点是加氢选择稀少。氢发动机通过特殊的燃料泵加油，未来可能会进入普通服务站。然而，就目前情况而言，氢动力汽车的加油站仍然很少。

“我们在氢燃料电池技术方面遇到了先有鸡还是先有蛋的问题，”宝马专家 Rücker 解释道。 “只要氢动力汽车的加油站网络如此薄弱，客户的低需求将无法实现燃料电池汽车的大规模生产。只要道路上几乎没有氢气汽车，运营商就会犹豫不决地扩大他们的加油站网络。”

宝马的故乡德国在氢燃料电池汽车的基础设施方面处于领先地位。为了促进那里的加氢基础设施的扩张，宝马等汽车制造商在清洁能源伙伴计划中与氢气生产商和加气站运营商联手，该计划计划到 2022 年将加氢站网络扩展到 130 个站点。这将允许在德国的道路上运行约 60,000 辆氢燃料汽车。到 2025 年，随着燃料电池汽车的相应增加，下一个目标将是 400 个加油站。根据 Rücker 的说法，邻国还需要更多的加油站，才能真正实现通过 FCEV 前往德国以外的地区。

3. 氢动力汽车的成本是多少——为什么？

除了加气站网络薄弱之外，氢燃料电池汽车的需求还低还有一个原因：它们的购买成本相对较高。市场上已经上市的少数几种燃料电池汽车的中档或中高档汽车的成本约为 80,000 美元。这几乎是同类全电动或混合动力汽车的两倍。

氢燃料电池汽车仍然昂贵的原因有很多。除了产量小，这意味着生产仍有待工业化，还有一个问题是贵金属铂的需求，它在发电过程中充当催化剂。汽车燃料电池所需的铂金量已经大大减少。 “总体目标是将氢动力汽车的价格降低到与其他电动汽车相似的水平，”Rücker 解释说。

购买价格高的另一个原因是氢燃料电池汽车往往很大，因为氢罐占据了很大的空间。另一方面，纯电池驱动的电动汽车的驱动单元也适用于小型汽车。这就是为什么目前可以在所有车辆类别中找到经典电动汽车的原因。

除了购买成本之外，运营成本在推进技术的成本效益和接受度方面也发挥着重要作用。在氢燃料电池汽车中，这些成本不仅取决于燃料的价格。目前，1 磅（0.45 千克）氢气在美国的成本约为 14 美元，而在德国为 4.80 美元（这是 H2 Mobility 合作伙伴商定的价格）。使用 1 磅（0.45 千克）氢气，FCEV 可以行驶约 28 英里（45 公里）。

因此，目前运行氢燃料汽车的每英里成本几乎是在家充电的电池驱动汽车的两倍。 Rücker 预计这些运营成本会收敛：“如果对氢气的需求增加，到 2030 年价格可能会降至 2.50 美元/磅（5.60 美元/公斤）左右。”

4. 氢燃料电池技术的环保性和可持续性如何？

从环境角度来看，仅使用可再生能源且不产生有害排放物的汽车将是理想的选择。与其他类型的推进系统相比，燃料电池汽车离这个目标有多近：

替代推进系统旨在减少污染物的排放，特别是对气候有害的二氧化碳，以及其他有毒气体，如一氧化二氮。氢发动机的废气由纯水蒸气组成。因此，氢燃料电池技术在当地是零排放的。这意味着它可以保持城市空气清洁，但同时也保护了气候吗？

这取决于为燃料电池汽车生产氢气的条件。制氢需要电能。这种电能用于通过电解过程将水分解为其组成元素氢和氧。如果使用的电力来自可再生能源，则氢气生产具有中性碳足迹。另一方面，如果使用化石燃料，最终将对使用氢气的燃料电池汽车的碳足迹产生连锁反应。这种影响的强度取决于所使用的能源组合。在这方面，氢燃料电池汽车与其他电动汽车没有什么不同。

然而，生产氢气的一个缺点是电解过程中的损失。因此，“动力到车辆驱动”能源链的整体效率仅为纯电动汽车的一半。当前生产的风能或太阳能没有以其他方式使用时，当可再生能源的电力供应过剩时，可以生产氢气。这方面的潜力是巨大的。

氢也是许多工业过程的副产品，在这些过程中，它经常被视为废物而不再使用。燃料电池提供了一种对这种氢气进行循环利用的方法，但必须先对其进行清洁。

氢燃料电池汽车的能源平衡表还必须包括氢的运输和储存。根据所使用的运输技术（液体或气体），压缩、冷却、运输和储存的成本会有所不同。由于其更好的可运输性和储存能力，趋势是向液态氢发展。尽管如此，在现阶段，氢气的运输和储存仍然比汽油或柴油更加复杂和能源密集。与化石燃料相比，氢气可以在任何有电和水的地方生产，理论上甚至可以在燃料电池汽车的实际加油站生产。因此，更高度发达的基础设施可以显着缩短未来的运输距离。

总之，氢燃料电池技术有可能使生态可持续的交通成为可能。

宝马集团首席执行官奥利弗·齐普塞表示：“只要整个价值链是可持续的，电动汽车就可以为减缓气候变化做出真正的贡献。”

5、氢燃料电池汽车有哪些风险？

当氢气在不受控制的反应中与氧气反应时会发生什么？很多人会在学校的化学课上记住这一点。你得到的是一种爆炸性反应，称为氢氧气体反应。如图所示，氢气是易燃的，但在 FCEV 的运行中，氢气和氧气的不受控制的反应几乎是不可能的。

这是因为，在氢燃料电池汽车中，氢气以液态形式储存在特别安全的厚壁罐中。正如 Rücker 强调的那样，许多碰撞测试已经证实了氢汽车设计方式的安全性：从测试中出来的油箱完好无损，没有氢气泄漏。

氢技术并不新鲜，而是在一系列领域进行了尝试和测试。例如，今天的炼油厂在原油加工中使用大量氢气作为工艺气体。管道和储氢也已经运行了几十年。

宝马集团氢燃料电池项目经理阿克塞尔·鲁克：“碰撞测试表明，氢气罐在碰撞中没有损坏，也没有氢气逸出。”

6、氢燃料电池技术在未来将扮演什么角色？

氢能在未来与纯电动汽车一起为可持续交通做出重要贡献——前提是必要的氢基础设施到位并为氢提供良好的价格，并且车辆的价格下降。在这种情况下，氢燃料电池汽车可以成为零排放技术，让用户保持他们习惯的灵活驾驶习惯。

由领先的能源、运输和工业公司组成的全球倡议氢能委员会也对此深信不疑。该委员会认为氢不仅是燃料电池汽车未来可持续的推进方式，而且是供暖、电力和工业的清洁能源。