氫能源汽車發(fā)展研究

1緒論研究背景在上百年的發(fā)展歷史中，汽車行業(yè)早已成為世界各國經(jīng)濟(jì)的命脈，它是國名經(jīng)的重要支柱之一，在美國、德國、日本、瑞士、法國、意大利等汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)的國家。其中這些國家的國民經(jīng)濟(jì)總值中其汽車產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)總值占到了百分之十以上。雖然隨著汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展擴(kuò)大，但是汽車產(chǎn)業(yè)的利與弊也日益突出。一方面，汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展在一定程度上提高了國家的經(jīng)濟(jì)水平，與之有關(guān)的副產(chǎn)業(yè)也被帶動起來，逐漸成為國民經(jīng)濟(jì)的命脈。同時可以為社會提供很多的就業(yè)機(jī)會和崗位，從而帶動區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這也是汽車產(chǎn)業(yè)得到政府重視的原因。另一方面，制造傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車需要大量的材料致使消耗了大量的自然資源，傳統(tǒng)汽車動力來源主要靠石油提供然而對石油無節(jié)制的開采使得石油供給日益緊張。汽車排放的尾氣當(dāng)中含有大量的有毒有害氣體人體吸入會引起各種疾病，造成溫室效應(yīng)，是全球氣候變暖的主要原因之一。隨著經(jīng)濟(jì)增長汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域發(fā)展迅速，但是傳統(tǒng)汽車動力來源依靠的石油供求日益緊張，環(huán)境質(zhì)量日益下降的當(dāng)今世界。傳統(tǒng)汽車導(dǎo)致的能源消耗，環(huán)境污染等問題成為了人們?nèi)找骊P(guān)注的焦點(diǎn)，是否能扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)汽車依靠石油能源的格局，實現(xiàn)汽車能源多樣化成為汽車工業(yè)未來的發(fā)展必然趨勢。解決日益嚴(yán)重的環(huán)境問題和環(huán)保壓力發(fā)展新能源汽車是非常有效的途徑，也符合我國能源發(fā)展的戰(zhàn)略要求。研究的目的與意義對于汽車行業(yè)能源利用現(xiàn)狀的轉(zhuǎn)變，研究發(fā)展氫能源汽車為之重要。目前傳統(tǒng)汽車都是依靠化石燃料提供動力，全球的石油儲備隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展逐漸減少，反之，汽車使用卻越來越頻繁，照這個石油消耗速度來看，當(dāng)前的石油儲量可繼續(xù)開采40年，同時天然氣目前可再開采64年。隨著科技技術(shù)和經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，人均收入水平提高，能源消費(fèi)量世界各國目前都處于增長的趨勢。在石油消耗量與石油儲量呈反向變化的情況下，我們必須大力發(fā)展氫能源汽車，尋找為汽車提供動力的新能源，這也成為人們解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的唯一途徑。多數(shù)科研人員認(rèn)為發(fā)展新能源汽車是汽車行業(yè)能源利用的轉(zhuǎn)型和發(fā)展的汽車行業(yè)經(jīng)過了百年歷史的發(fā)展，汽車行業(yè)早已成為世界各國經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一。它是國名經(jīng)濟(jì)的“發(fā)動機(jī)”。第一汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱，發(fā)展汽車產(chǎn)業(yè)為社會提供大量的就業(yè)崗位及機(jī)會。隨著人們生活水平的提高，科技走進(jìn)大眾的日常生活，越來越多的家庭出行使用汽車，不可再生能源化石燃料是目前為汽車提供動力的主要能源，所以化石燃料的消耗量日益增加，美國《油氣雜志》的做了一項研究，按當(dāng)前社會的化石燃料消耗速度，不同種類的化石燃料儲備量還能使用多久。研究結(jié)果表明，石油可使用41年，天然氣可使用63年，所以，我們必須找到新的能源來取代化石燃料為汽車提供動力。發(fā)展新能源汽車是汽車行業(yè)能源利用的轉(zhuǎn)型和發(fā)展的新契機(jī)，這也是人類社會可持續(xù)發(fā)展的唯一道路。為此，國家政府相關(guān)部門應(yīng)當(dāng)重視氫能源汽車的發(fā)展，出臺相關(guān)的政策給予扶持提高汽車企業(yè)研發(fā)新能源汽車的積極性和鼓勵汽車行業(yè)加入?yún)⑴c到新能源研發(fā)的“大家庭”中適應(yīng)當(dāng)今世界的發(fā)展趨勢和發(fā)展需求。目前，汽車行業(yè)經(jīng)過了百年歷史的發(fā)展，汽車行業(yè)早已成為世界各國經(jīng)濟(jì)的重要支柱之一。它是國名經(jīng)濟(jì)的“發(fā)動機(jī)”。鼓勵汽車行業(yè)加入?yún)⑴c到新能源研發(fā)的“大家庭”中適應(yīng)當(dāng)今世界的發(fā)展趨勢和發(fā)展需求。目前，與傳統(tǒng)汽車不同的是，在使用過程中的設(shè)備性能以及續(xù)航里程都有所改變，并且在市場中消費(fèi)者對傳統(tǒng)汽車的口碑普遍比新能源汽車好。由于在民眾心中或多或少的都存在一些偏見，所以目前的當(dāng)務(wù)之急就是及時采取措施改善新能源汽車與傳統(tǒng)汽車在消費(fèi)者心里的不平等地位，消除他們心里不正確的觀點(diǎn)。同時還要對民眾進(jìn)行市場調(diào)查，分析調(diào)研結(jié)果，以此來作為標(biāo)準(zhǔn)來確定新能源汽車之后的發(fā)展路線，努力拓展新能源汽車的市場發(fā)展，找出氫能源電池汽車市場發(fā)展價值是主要任務(wù)。因此，促進(jìn)新能源汽車的發(fā)展的主要方法是全面深化研究氫能源汽車的發(fā)展。世界汽車行業(yè)發(fā)展的一個核心領(lǐng)域就是氫能源汽車技術(shù)的研究與發(fā)展，目前，縱觀世界汽車行業(yè)對氫能源汽車的研究及開發(fā)在不斷的發(fā)展。然而，我國對氫能源汽車的研究起步相對較晚，我國能否在汽車行業(yè)目前處于落后的狀態(tài)下實現(xiàn)彎道超車，研究開發(fā)氫能源汽車能否實現(xiàn)彎道超車有著重要的發(fā)展意義。我國氫能源汽車從推廣以來，存在著諸多的問題。雖然我國大力支持氫能源汽車的發(fā)展，對氫能源汽車發(fā)展推出了很多的扶持政策。但是氫能源汽車在市場中占有的份額有限。因此，對氫能源汽車的發(fā)展研究。有利于推廣氫能源汽車在我國市場的發(fā)展其一定的積極作用，據(jù)此有重要的意義。研究方法文獻(xiàn)研究法：通過圖書館、網(wǎng)絡(luò)上知網(wǎng)或萬方數(shù)據(jù)庫查閱關(guān)于氫能源汽車方面的資料，充分了解國內(nèi)外氫能源汽車的發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀及專家和科研人員對氫能源汽車方面的獨(dú)到見解。將文獻(xiàn)整理進(jìn)行匯總，從中獲取其所需得信息。案例分析法：用大量的數(shù)據(jù)為論文寫作提供論據(jù)，分析數(shù)據(jù)、對國內(nèi)外氫能源汽車發(fā)展中存在的問題進(jìn)行剖析。座談法：用一系列的調(diào)研結(jié)果為汽車行業(yè)發(fā)展研究的提供依據(jù)。根據(jù)新能源汽車用戶的使用體驗以及對存在潛在需求的氫能源汽車客戶進(jìn)行考察，以此為依據(jù)分析整理出氫能源汽車的機(jī)會，劣勢，優(yōu)勢與威脅。氫能源汽車國內(nèi)外研究狀況國內(nèi)研究狀況對比國外發(fā)展?fàn)顩r來看，我國氫能源汽車發(fā)展研究起步較晚。處于落后的狀態(tài)，但是我國政府對開發(fā)氫能源汽車極為重視。在863計劃項目中政府已將氫能源汽車研發(fā)視為重點(diǎn)項目，并在十五計劃中繼續(xù)支持開發(fā)燃料電池促進(jìn)我國新能源汽車研究，實現(xiàn)汽車能源多樣化。在氫能源汽車領(lǐng)域我國目前已取得了諸多成果：上汽通用汽車公司以GL8車型為原型開發(fā)出了一款新車，即使用鳳凰”氫能源燃料為電池?！俺较盗小睔淠茉雌嚨某晒ρ邪l(fā)標(biāo)志著新能源汽車的發(fā)展進(jìn)入一個新階段，它是以同濟(jì)大學(xué)為主導(dǎo)，與其他人共同合作的科研小組所研發(fā)，歷時四年多的努力，該科研小組終于開發(fā)出了在各項性能在檢測中都達(dá)到要求的新能源汽車，并且從初始開發(fā)到最終出庫都是由我國人才獨(dú)立完成，所以我國擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。2005年年底，“超越三號”已達(dá)到國際一流的技術(shù)水平，各項性能都基本完善，在上海街頭由10輛燃料汽車組成的小車隊標(biāo)志著商業(yè)化運(yùn)行的開始。東風(fēng)汽車公司與武漢理工大學(xué)聯(lián)手合作，“楚天一號”就此誕生。成功研制出以二十五千瓦氫燃料電池為動力的轎車。即使我國新能源汽車在一些課題研究和項目上取得了不少成就，有些研究甚至達(dá)到了世界領(lǐng)先水平，但是從總體來說跟歐美、德國、日本相比還是存在比較大的差距。氫能源汽車的發(fā)展及研究，涉及到了許許多多的技術(shù)領(lǐng)域。比如說：材料,能源，機(jī)械，化學(xué)，物理，電器，環(huán)保等等的領(lǐng)域。也涉及到相關(guān)部門，如高等院校、研究部門等。各個領(lǐng)域的不同部門共同合作，合力承擔(dān)風(fēng)險，才能有效促進(jìn)氫能源汽車的發(fā)展，我國的科研才能得到實質(zhì)性的成果。中國能源實現(xiàn)真正可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分是發(fā)展氫能源，同時也對交通體系產(chǎn)生了舉足輕重的影響。中國汽車行業(yè)在推動全球氫能源發(fā)展的進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用，因為中國正處在發(fā)展新能源的黃金時機(jī)，沒有像歐美發(fā)達(dá)國家那樣經(jīng)歷了化石燃料時代發(fā)展的全過程。2016年2月24日，在國務(wù)院常務(wù)會議上，以李克強(qiáng)總理為首的政府人員經(jīng)過討論，確定了新能源汽車市場的進(jìn)一步發(fā)展路線。將新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線結(jié)構(gòu)優(yōu)化，同時出臺了一系列政策作為輔助，爭取實現(xiàn)綠色發(fā)展。政策與市場雙管齊下，“中國制造2025”的重要戰(zhàn)略支點(diǎn)將會是新能源汽車，新能源汽車是作為培育新動能的重要抓手、發(fā)展新經(jīng)濟(jì)的重要內(nèi)容，其發(fā)展前景可期?！秶覄?chuàng)新驅(qū)動發(fā)展規(guī)劃》、《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》、《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)專項規(guī)劃》、《中國制造2025》、《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展戰(zhàn)略綱要》、《“十三五”交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃》這些項目出臺都顯示了我國對氫能源汽車產(chǎn)業(yè)的重視。在國家相關(guān)政策的支持下，我國現(xiàn)已擁有了制造氫能源汽車的基礎(chǔ)技術(shù)，相關(guān)的制造材料和核心技術(shù)的使用也已初步取得成果。目前我國累計研發(fā)上百輛氫能源汽車，都是利用車用氫能源汽車動力總成技術(shù)研發(fā)技術(shù)，而且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)。促使氫能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，解決具體方案實施力量的薄弱、基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度不足、研發(fā)技術(shù)投入不足、氫能源汽車產(chǎn)業(yè)不夠完善等問題，是我國發(fā)展氫能源汽車的當(dāng)務(wù)之急。這些問題阻礙了我國氫能源汽車產(chǎn)業(yè)的正常發(fā)展。我國是氫能源汽車非常重要的消費(fèi)市場，若在此領(lǐng)域研究落后于其他國家，則在EV汽車、HEV汽車、PHEV汽車領(lǐng)域的優(yōu)勢將會丟失，錯失我國將由汽車大國走向汽車強(qiáng)國的戰(zhàn)略機(jī)遇。不能夠?qū)崿F(xiàn)彎道超車。德國大眾汽車公司以本公司的著名車型途安研發(fā)了一款，途HyMotio，本車運(yùn)用氫燃料電池提供動力，其續(xù)航里程可達(dá)到160公里；寶馬汽車公司推出了一款氫能源汽車，H2R試驗性賽車，其性能表現(xiàn)非常好在2004年9月H2R一天內(nèi)就拿下了九項世界記錄。其中最讓人映像深刻的是其燃料電池汽車出色的動力及發(fā)展的潛力，這也體現(xiàn)了寶馬汽車公司堅定氫能源汽車取代傳統(tǒng)汽車的信念。寶馬公司投入了十億歐元研發(fā)資金，并且后續(xù)追加十億歐元。奔馳汽車公司，以本公司現(xiàn)有B級車型研發(fā)了一款本次B級F-CELL氫能源汽車，該車性能表現(xiàn)如下：該汽車配套氫能源燃料動力系統(tǒng)，燃料加注只需三分鐘就可以加滿，續(xù)航里程可以達(dá)到四百公里。最高時速可以達(dá)到一百七十公里每小時，一百三十匹為該車的最大功率。日本日本是汽車工業(yè)發(fā)達(dá)的國家之一，日本能源短缺早已眾所周知。隨著石油資源日益短缺的危機(jī)，日本對開發(fā)新能源汽車早已走在世界的前列。早在一九九二年起日本開始研發(fā)氫能源汽車，甚至日本的豐田汽車公司在一九九六年首次推出首款FCEV（氫能源汽車）。而且在二零一四年豐田汽車公司發(fā)布的Mriai已經(jīng)是第五代燃料電池汽車。Mriai汽車目前擁有七百公里的優(yōu)秀續(xù)航能力，其最大功率輸出可以達(dá)到113KW，最大扭矩335牛米，而最高時速可達(dá)到175KM/H。對于豐田汽車公司而言，氫能源不僅可以作為汽車動力系統(tǒng)，而且構(gòu)建低碳社會有重要的意義。作為日本另一個汽車公司本田（Honda）本田首次推出氫能源汽車，是在1999年東京車展時就以推出名為FCX的概念車，并在2002年付諸量產(chǎn)化，可是當(dāng)時氫氣加注站設(shè)備不夠成熟，所以早期只能作為測試研發(fā)的作用，而到了2008年本田才真正推出首款市銷化的氫能源汽車FCXClarity。美國美國政府在二零零二年提出氫能源汽車發(fā)展計劃，由美國汽車研究理事會和美國能源部合作開發(fā)氫能源汽車技術(shù)及氫燃料供應(yīng)基礎(chǔ)建設(shè)的合作項目。美國汽車研究理事會由通用汽車公司、戴姆勒-克萊斯勒汽車公司、福特汽車公司組成合作開發(fā)汽車新能源的機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)的理念：擺脫汽車對石油燃料的依賴，減少汽車尾氣對環(huán)境的污染，美國公民可自由選擇喜歡的汽車可以自由獲得和在消費(fèi)上可以承受的能源。2008年美國通用汽車公司旗下的汽車品牌雪佛蘭在紐約西部城市投放了一輛氫能源汽車-Equinox進(jìn)行測試，雪佛蘭Equinox汽車在加注滿氫氣時，最大續(xù)航里程可達(dá)到240km左右。美國軍方每年大約要花費(fèi)380萬美元用于租賃美國通用汽車公司16輛氫能源汽車，用于測試在軍隊各部門該汽車的使用性能。其中包括了陸軍、海軍、空軍中執(zhí)行輕型的工作，例如運(yùn)送人員和輕型物質(zhì)。由于是軍方用車其續(xù)航里程可達(dá)到320公里。韓國韓國新能源汽車研究比歐美日本等國要落后大約4-5年左右，但韓國政府也發(fā)布了以氫能源為主的能源經(jīng)濟(jì)政策。希望到2020年投資8.6億美元，使汽車對石油的依賴減少百分之二十。韓國現(xiàn)代汽車公司的TucsonFCEV，也稱為Hyundaiix35FCEV，2015年開始生產(chǎn)，在韓國、加州、歐洲和加拿大溫哥華地區(qū)可以購買或租賃到。其他國家除了以上國家，其他國家都積極發(fā)展氫能源汽車，希望在氫能源汽車方面能爭得一席之地。冰島：人口僅28萬，百分之五十八的能源和近百分之百的電力來自水能發(fā)電和地?zé)崮馨l(fā)電得到，在一九九九年冰島政府部門就提出到二零三零年將實施氫能源發(fā)展策略，首先用氫燃料提供的氫能源汽車取代冰島首都的公交車。新加坡：一種可用于摩托車的新型氫燃料電池被新加坡科研人員成功開發(fā)出，同時他們表示將來可能將這種新型氫燃料電池放在日常家用電器如手機(jī)、冰箱和空調(diào)等電器上使用。氫能源汽車在國外受到追捧，世界各國都將氫能源汽車作為新能源汽車發(fā)展的重要方向，并且以本國國情為依據(jù)出臺相關(guān)政策支持氫能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如福特、路虎、法拉第、保時捷等國外的汽車企業(yè)，他們都投入了大量的人力財力物力在氫能源汽車研究上，科研水平的持續(xù)提升使得多種新型氫能源汽車上市，同時也實現(xiàn)了批量生產(chǎn)的目標(biāo)。為實現(xiàn)我國汽車能源的多樣化，我國在氫能源汽車的研究中投入了大量的心血，確立了以混合動力車、純電動車、氫燃料電池汽車為主體的發(fā)展路線。國家有關(guān)部門也出臺了諸多政策輔助氫能源汽車行業(yè)的發(fā)展，但是由于我國在氫能源燃料電池汽車的技術(shù)水平上與國外企業(yè)有相當(dāng)大的差距，氫能源汽車的研究成果尤其薄弱，在氫能源汽車的性能等方面不如國外氫能源汽車，這也導(dǎo)致我國在新能源汽車的發(fā)展實現(xiàn)汽車制造業(yè)彎道超車也越來越難。

制氫技術(shù)我國準(zhǔn)備為燃料電池汽車實現(xiàn)商業(yè)化而努力，以制取氫燃料為前提，氫能源汽車發(fā)展的重要保障是加氫設(shè)施建設(shè)。隨之燃料電池的基礎(chǔ)建設(shè)進(jìn)入加速期。氫燃料的低成本運(yùn)輸也是需要攻克的難題，制取適合氫能源汽車使用的高純度氫氣也是重要問題之一。各種工業(yè)制氫的方法都有其優(yōu)勢與不足，通過電解水和礦物燃料的傳統(tǒng)方式制取氫氣，這種方式在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，制備每立方米氫氣消耗的電能高達(dá)５．５ｋＷ·ｈ，雖然產(chǎn)量充足，但是制取成本過于高昂同時會消耗過多的能量。利用礦物燃料制氫對外界環(huán)境的要求高，在溫度到達(dá)一定程度后才會發(fā)生反應(yīng)，因此會損失大量化學(xué)能，副產(chǎn)物二氧化碳也會污染環(huán)境，與當(dāng)今時代的發(fā)展需求相矛盾?；剂现茪浞錃獾闹迫‰x不開化石燃料的消耗，包括目前最常用的化石燃料制氫法，經(jīng)過一系列的物理和化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生后化石燃料會產(chǎn)生氫氣，但同時會產(chǎn)生CO2等污染氣體，加劇了環(huán)境污染的進(jìn)度。天然氣制氫的步驟是：，天然氣中烷烴和水蒸汽在合適的壓力下與合適的高溫下及催化劑作用下經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)。產(chǎn)生的氣體在加熱后，進(jìn)人變換爐使二氧化碳進(jìn)過化學(xué)反應(yīng)氫氣和二氧化碳。之后利用換熱和冷凝等重要步驟提取得到最終的產(chǎn)物氫氣。如圖2.1圖2.1化石燃料制氫流程甲醇重整制氫甲醇水蒸汽重整作為一種最新的制氫技術(shù)起于上世紀(jì)八十年代，這種制取氫氣的技術(shù)在英國、加拿大、澳大利亞等國家的進(jìn)行在大量研究。我國的甲烷重整技術(shù)經(jīng)過廣東合即得能源科技有限公司經(jīng)過數(shù)十年的研究，我國的甲烷重整技術(shù)水平已經(jīng)非常成熟。在國內(nèi)以成為該行業(yè)的先驅(qū)領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，并將該技術(shù)與氫能源汽車技術(shù)先結(jié)合。成功應(yīng)用到了新能源汽車中取得了良好的的研究成果，應(yīng)用前景非常好。甲烷制氫日本京都大學(xué)教授乾智行，使甲烷、二氧化碳和水通過鎳鉑稀土元素氧化物催化劑進(jìn)過化學(xué)反應(yīng)得到氫氣。10:65:0.5是催化劑中鎳、稀土元素氧化物和鉑的各占比例。其制取氫氣的流程是，先將鎳、稀土元素氧化物等原料通過加熱，通過加入氨氣，得到凝膠狀的溶解物再通過烘干、加熱。這種催化劑擁有很好的催化作用。在五百五十?dāng)z氏度～六百攝氏度條件下，把該催化劑加入到反應(yīng)裝置中，然后依次加入甲烷、二氧化碳、水蒸氣讓其產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成物為氫氣和一氧化碳。圖2.2圖2.2甲烷制氫流程電解水制氫在制取氫氣的方法中，令我們最熟悉不過的就是電解水制取氫氣。雖然讓人們最熟悉不過氫氣制取方法，但是這種制取氫氣的方法是最耗費(fèi)資源的。如果通過這種方法制取1000ml的氫氣，需要產(chǎn)生52度電這種巨大的消耗，然而人類對電能需求大，目前又處于電能缺乏的狀況下。通過清潔的氫能源，使得汽車尾氣不再排放出污染環(huán)境的氣體。制取氫氣需要一種能源消耗低的氫氣制取技術(shù)，要讓含氫量最多的水資源中提取氫氣。到目前為止，世界各國的研究人員一直都希望找到一種能夠通過太陽將水里的氫元素的催化劑。雖然這種催化劑能夠利用太陽中的能量能夠加速水中氫元素和氧元素電解速度，但是在利用這種催化劑獲取水資源中的氫元素時制取速度不是很快。達(dá)不到理想的制取速度及效果。由于這種催化劑的制取效果差，始終不能夠?qū)崿F(xiàn)真正的生產(chǎn)及氫能源汽車產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。獲得氫能源的效率以及怎么減少在制取氫氣的過程中電能消耗是非常重要的，一般都以強(qiáng)堿、強(qiáng)酸或含氫鹽溶液充當(dāng)電解水制氫時的溶液從而獲得氫氣?，F(xiàn)在用的最多的電解水的方式，能耗水平約為4.6~5.6KWh/Nm3.H2，這個數(shù)據(jù)表明采用此法的制氫成本實在偏大了。據(jù)報導(dǎo)，用電解水的方法制取氫氣的售價大約比汽油的高出五分之三的。況且制取液態(tài)氫能源的價格，比汽油價格高出百分之二百七十還要多?？梢?，這對于大規(guī)模商業(yè)化制氫是不合適的。目前國際上許多著名企業(yè)都在科技創(chuàng)新，以降低這個能耗。例如，日本最新研發(fā)的水電解制氫實驗裝置，已把能耗水平降到低于3.8KWh/Nm3.H2。目前有一種電解水的方法是由高分子的電解質(zhì)，由于制取氫氣的方式是通過離子交換膜作隔膜和電解質(zhì)，在電解時候產(chǎn)生的能耗得到了很好的控制，更是很大的降低了能源的消耗。這是由美國GE公司最新開發(fā)的一種電解水制取方式。圖2.3圖2.3電解水制氫流程制氫方法優(yōu)缺點(diǎn)通過上面的各種闡述，目前已經(jīng)在工業(yè)上有多種制氫的途徑。在每種都有各自的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)的制氫方法中，要選取一種更好的制氫直取方式很重要。天然氣制氫的方式比較適合在大規(guī)模制氫時優(yōu)點(diǎn)比較多，但是天然氣制取氫氣會對環(huán)境造成污染。這種制取方法的缺點(diǎn)：比較受限于天然氣供應(yīng)，在天然氣資源豐富的地區(qū)比較有發(fā)展的優(yōu)勢。然而通過對比的結(jié)果，從中得知有一種制取方式具有成本低、建設(shè)快、對環(huán)境污染小的制取方式。這就是甲醇重整制氫。氫方法優(yōu)缺點(diǎn)比較：制氫方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)建設(shè)地點(diǎn)適用規(guī)模天然氣制氫適用范圍廣原料使用率低、工藝復(fù)雜、我國天然氣匱乏建設(shè)地點(diǎn)受限于天然氣供應(yīng)適用于大規(guī)模生產(chǎn)甲醛重整制氫投資低、建設(shè)快、無污染生產(chǎn)規(guī)模受限制合理的范圍內(nèi)有甲醛供應(yīng)裝置可做移動模塊、占地面積小電解水制氫效率高、技術(shù)成熟耗電量大成本高不受地域限制規(guī)模小小結(jié)從市場經(jīng)濟(jì)得知，制氫原料的價格的波動很大程度上來講，對制氫成本有很大的影響。隨著制氫原料的增長而增長，雖然得知天然氣制氫取氫氣時的成本太低，但是如果應(yīng)用在氫能源汽車中使用，必須在環(huán)節(jié)中建設(shè)加氫站、制造氫氣罐、運(yùn)輸?shù)某杀疽苍黾?。對此，能夠和氫能源汽車很好配合且成本低的只有甲烷重整制氫方式，而甲醇重整制氫的方式不用建設(shè)加氫站和儲氫罐?？偨Y(jié)上訴制取氫氣的方式方法我們得知了，甲醛重整制氫的方式具有：制作成本低、技術(shù)也是所有方式中最為成熟的制取方式。隨著科學(xué)技術(shù)的提高，太陽能、水利發(fā)電等發(fā)電技術(shù)的提高以及運(yùn)用廣泛，甲醇重整制氫技術(shù)能夠成為未來制氫的首選。

運(yùn)用在氫能源汽車中的技術(shù)氫能源汽車就目前氫能源汽車技術(shù)而言，氫能源汽車的動力由氫能源提供動力，需要我們將平時生活中的一般需要消耗氫能源的產(chǎn)品與氫能源相結(jié)合，能夠使氫能源發(fā)展的很快。我們都知道氫是一種當(dāng)前可利用且比較清潔的能源，氫能源經(jīng)過燃燒的化學(xué)反應(yīng)所等到的生成物都是液態(tài)的水，對此氫能源汽車所排出的是不會對環(huán)境造成污染的。氫能源汽車用的能源與傳統(tǒng)汽車用的石油、天然氣資源對比知道氫能源獲得的方式方法是多種多樣的，質(zhì)量輕，而且可以循環(huán)利用，對于儲存的方法是多種多樣的。需要?dú)淠茉催m應(yīng)多種多樣的存儲方式，我們可以把氫做成氣態(tài)、做成液態(tài)或是做成固態(tài)的金屬氫化物，和不同的儲存要求。從氫能源在化學(xué)反應(yīng)所得到的物質(zhì)來看，氫能源運(yùn)用到汽車上是不會產(chǎn)生對環(huán)境有污染的物質(zhì)，氫在發(fā)生燃燒化學(xué)反應(yīng)的過程中不會像汽油一樣燃燒時會產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳以及氮氧化合物，對環(huán)境造成污染的同時還危害人類的健康問題。與此同時氫氣燃燒時能夠產(chǎn)生水對我們最重要的而且是有很大用處的，降低了環(huán)境污染的程度，而且符合世界綠色發(fā)展的要求?？梢詫崿F(xiàn)能源循環(huán)利用。氫能源汽車的電池技術(shù)非常適合汽車搭載的動力電池需要有，輸出的電流要足夠大、在天氣寒冷的時候?qū)釉斐傻挠绊懶?，需要將電能轉(zhuǎn)換動能時效率高的特點(diǎn)，因此質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）符合這種要求，比較適合運(yùn)用在氫能源汽車中。質(zhì)子交換膜、催化層、氣體擴(kuò)散層共同組成的電極組件的核心。石墨炭紙是通過了聚四氟乙烯加水處理得到了GDL，在上面需要活性炭覆蓋在上面，然后在加一層鉑催化劑在上面。然后在把這幾層材料通過加熱后得到MEA，需要在MEA的兩端加上密封圈固定，最后在雙極板之間加入到里面，由此構(gòu)成單體電池。PEMFC就是質(zhì)子交換膜燃料電池，它是由質(zhì)子交換膜、多孔電極和燃料轉(zhuǎn)化處理器構(gòu)成。它的工作原理為：氫離子以水合離子的形式通過質(zhì)子交換膜到達(dá)陰極，同時把一個磺酸基轉(zhuǎn)移到另一個磺酸基向著陰極移動，在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)；與此同時，處于外電路的電子在負(fù)載上發(fā)揮作用后向著陰極移動。在正常的工作條件下，PEMFC在陰極生成的水一液態(tài)水和水蒸氣的形態(tài)同時存在，這些產(chǎn)物最終都會隨著空氣離開燃料電池，同時它的反應(yīng)產(chǎn)物還會有電和熱。如圖3.1圖3.1燃料電池汽車動力系統(tǒng)整車控制技術(shù)氫能源汽車必須安裝整車控制器來協(xié)調(diào)車輛每個系統(tǒng)來正常工作。VCU是氫能源汽車的最重要的控制部件，屬于汽車的“大腦”，其控制原理為：采取汽車上每個傳感器的信號，然后對信息進(jìn)行判斷和分析，首先通過CAN總線把相應(yīng)指令發(fā)送給相應(yīng)的執(zhí)行器，最后各個控制器根據(jù)接到的指令執(zhí)行相應(yīng)的動作。如圖3.2圖3.2氫能源汽車整體控制技術(shù)完善氫能源加氫站設(shè)備氫能源汽車的批量生產(chǎn)與其產(chǎn)業(yè)鏈的完善是今后發(fā)展燃料電池汽車的必要措施，加氫站的主要?dú)錃鈦碓从袃煞N途徑，一種是站外購入，這種方法由于所需的建筑成本低、消耗的人力物力財力少且耗費(fèi)時間短，所以具有普遍性，大部分地區(qū)都可以適用；另一種是站內(nèi)自制，主要采用天然氣或甲醇重整制氫，占地面積大，技術(shù)方法較復(fù)雜，雖然短期內(nèi)可以提供較大的加氫需求，但長期來看對環(huán)境污染比較大。電解水站內(nèi)制氫的制氫方法，是采用風(fēng)電站或者太陽能電站形成來生產(chǎn)氫氣。加氫站網(wǎng)絡(luò)線的建設(shè)要由小及大，首先設(shè)立一個一個的站點(diǎn)，然后將他們規(guī)?；?，最終實現(xiàn)統(tǒng)一管理，由質(zhì)變引起量變。商用客車主要動力來源是氫能源燃料電池，有多種原因共同導(dǎo)致了這個結(jié)果：相比較其他交通工具，公共客車的能源利用效率高，人均的能源消耗量低，受眾面也比私人乘用車范圍廣；車輛集中且行車路線較為固定，建設(shè)配套的加氫站難度較小。在此基礎(chǔ)上，在公交車的行車線路的沿途可以建造適量的加氫站，這是由點(diǎn)及線的過程。為了使不同路線的氫能源乘用車加氫變得便捷起來，就需要建設(shè)更多的加氫站。不同的氫能源商用車行車路線會促進(jìn)不同地區(qū)加氫站的建設(shè)，從而形成一個網(wǎng)絡(luò)線，為了實現(xiàn)由質(zhì)變到量變的目標(biāo)，保證車輛擁有充足的氫能源，必須完善加氫站的整體建設(shè)，以網(wǎng)絡(luò)線的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的對加氫站進(jìn)行管理。加油站的結(jié)構(gòu)在一定程度上與加氫站是相吻合的，將廢棄的加油站好好利用，可以通過適當(dāng)?shù)氖侄胃脑斐杉託湔?；或在加油站的旁邊建造一個加氫站節(jié)省用地成本，這兩種方法都可以在一定程度節(jié)約成本。由于氫氣是易燃易爆品，這一特性使得加氫站必須遠(yuǎn)離人群眾多的地方，避免發(fā)生意外風(fēng)險時造成大范圍的傷亡，在初始設(shè)計時就要建筑防爆墻，提前做好危險發(fā)生的應(yīng)對措施。小結(jié)氫燃料電池主要不足就是成本較高和耐久性不足，對于這些問題，質(zhì)子交換膜、催化劑、雙極板研發(fā)新材料和優(yōu)化加工工藝，是使氫燃料電池降低成本和提高耐久性的有效路徑。降低燃料電池成本的方法除了使技術(shù)進(jìn)步還有賴于規(guī)?；a(chǎn)。為了減少資源的浪費(fèi)和真正實現(xiàn)氫能源汽車的零排放，可以將風(fēng)電和太陽能光伏電不能并入電網(wǎng)的那部分電用于分解水制氫氣，提高能源的利用率。發(fā)展固態(tài)儲氫和有機(jī)液態(tài)儲氫方式是長期儲氫的必要策略，我國的有機(jī)液態(tài)儲氫技術(shù)已經(jīng)初步得到應(yīng)用，需繼續(xù)保持技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢并投入產(chǎn)業(yè)化。氫能源汽車的安全性能是否達(dá)到或者超過傳統(tǒng)汽車的安全指標(biāo)，以及是否像傳統(tǒng)汽車那樣隨處有加油站，以保證動力的充足，發(fā)生危險有沒有及時的應(yīng)對措施等問題持有懷疑的態(tài)度，只是影響大眾選擇氫能源汽車的主要原因。相比較純電動車而言，最被民眾看好的優(yōu)點(diǎn)是氫燃料電池汽車能更長續(xù)航里程，氫能源汽車要想提高競爭能力，可售價降低到與電動汽車持平，這也是民眾普遍期望的。

我國氫能源汽車發(fā)展中的問題完善氫能源產(chǎn)業(yè)鏈急需完善產(chǎn)業(yè)鏈建設(shè)的整體性，提高生產(chǎn)制造關(guān)鍵材料和零部件的能力。在我國當(dāng)前的國情下，雖然已經(jīng)初步建設(shè)了氫燃料汽車產(chǎn)業(yè)鏈，但我國目前還沒有整體處理原材料和批量生產(chǎn)核心零部件的能力，不得不從國外進(jìn)口，所以這種產(chǎn)業(yè)鏈體系建設(shè)事是存在諸多漏洞的。如加氫槍、高壓管線、管件、閥門等關(guān)鍵部件進(jìn)口價格高昂，例如杜邦、3M、戈爾公司等大公司基本壟斷了質(zhì)子交換膜，由于國內(nèi)公司的質(zhì)子交換膜產(chǎn)品尚處于試驗階段，我們不得不從國外進(jìn)口，進(jìn)口價格高達(dá)600美元/m^2，國內(nèi)燃料電池產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程被這些問題嚴(yán)重阻礙。降低車用純氫氣價格我國現(xiàn)在另一個亟待解決的問題是要采取一系列的措施降低純氫氣的生產(chǎn)成本。就目前我國的技術(shù)水平而言，還不能完全自主生產(chǎn)加氫站的關(guān)鍵零部件如碳紙/碳布、質(zhì)子交換膜、催化劑、氫噴射泵、空壓機(jī)等，這些核心零件依舊需要從國外大量購買，成本被大幅提高，氫氣最終銷售價格也隨之提高。雖然我國具有先天優(yōu)勢條件可以實現(xiàn)大規(guī)模電解水制氫工作和開展副產(chǎn)氫提純，如富足的工業(yè)副產(chǎn)氫資源，可再生能源二次利用率高，這些條件保證了我國產(chǎn)氫量的總量巨大，但是總體成本仍居高不下，純氫氣價格也隨之升高。完善加氫站建設(shè)審批制度我國由于地廣人多導(dǎo)致各地加氫站建設(shè)根據(jù)地勢也有所不同，審批加氫站規(guī)劃建設(shè)的制度不統(tǒng)一。缺少國家層面的主管部門和審批流程，流程不夠統(tǒng)一明確，極其低下的審批效率，導(dǎo)致地方在審批時各自摸索，不夠規(guī)范化，無據(jù)可依。最終使得各地方企業(yè)耗費(fèi)大量的人力物力和時間成本在選址和建設(shè)加氫站上。與此同時國家主管部門需要與各個城市單獨(dú)洽談，所以有的地方甚至?xí)馁M(fèi)三到五年的時間建設(shè)加氫站。拓寬氫能源汽車營銷渠道現(xiàn)階段氫能源汽車在我國的普及度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，沒有充足的外界條件實現(xiàn)氫能源汽車的大規(guī)模生產(chǎn)，不能實現(xiàn)鏈?zhǔn)缴a(chǎn)也導(dǎo)致氫能源汽車的價格上下浮動幅度較大，又由于其銷售渠道也與傳統(tǒng)石油汽車的營銷渠道大同小異，主要利用4Ｓ實體店和車展等傳統(tǒng)模式推廣，其次，傳統(tǒng)汽車的種類繁多，可以滿足消費(fèi)者的各種需求，相比之下，氫能源汽車的種類單一，消費(fèi)者選擇范圍小；與此同時，傳統(tǒng)汽車的規(guī)模化生產(chǎn)使得每一輛車的成本較低，所以氫能源汽車的價格不可能比傳統(tǒng)汽車低，所以站在消費(fèi)者的角度來看，駕駛氫能源汽車的成本較高，氫能源汽車的市場推廣直接受到價格的影響，消費(fèi)者也就不會產(chǎn)生用氫能源汽車替代傳統(tǒng)石油汽車的想法。

氫能源汽車環(huán)境分析氫能源汽車的優(yōu)勢分析石油、天然氣、煤炭等天然資源是在長期的自然環(huán)境中形成的，它們都是不可再生，即使現(xiàn)在儲蓄尚且足夠，但是不斷地開采終究會有枯竭的一天。由于汽車是一種極其耗能的機(jī)器，所以可持續(xù)發(fā)展的道路是汽車產(chǎn)業(yè)的唯一出路，人類必須利用可再生能源或者其它替代能源作為動力驅(qū)動汽車。氫能源汽車是目前市場上較為常見的一種新型汽車，其主要來源是海水，水電解制氫、生物質(zhì)氣化制氫等制氫方法已被普遍應(yīng)用。水的主要元素構(gòu)成就是氫，而且水資源是無限的，利用海水大規(guī)模制取氫氣過程中，反應(yīng)的剩余物也有水，所以不用擔(dān)心缺少初始反應(yīng)物的問題。由于我國科技水平的進(jìn)步，制氫方法多種多樣，產(chǎn)量豐富。電解水制氫方法現(xiàn)在已經(jīng)基本實現(xiàn)規(guī)模化，是我國現(xiàn)在的主要制氫方法。而且在以后的發(fā)展過程中它仍然是制氫主力軍。氫氣也可用于各種技術(shù)裝備的初始動力來源，將氫作為代用燃料具有良好的行進(jìn)加速性、燃料適應(yīng)性、低溫起動性好、超低排放、全工況高效率等優(yōu)點(diǎn)。分析外界技術(shù)環(huán)境大型汽車公司近幾年在電動車產(chǎn)業(yè)方面投入了大量的人力財力物力，科研人員研究與開發(fā)能力燃料電池汽車技術(shù)的水平得到提高，也為燃料汽車的推廣創(chuàng)造了新市場機(jī)遇。最近幾年我國在技術(shù)方面克服了諸多困難，不斷增強(qiáng)整車研究開發(fā)技術(shù)，在某些方面雖然已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平，但這并不代表我國的整體水平已和世界尖端技術(shù)持平，還有許多問題亟待解決，在不具備規(guī)模化生產(chǎn)的能力與技術(shù)時，構(gòu)成燃料電池汽車的主要零件還需要從國外進(jìn)口，而且電池使用時間不夠穩(wěn)定且價格高昂，不能保證在任何條件下都可以以同一種狀態(tài)存在，總的來說，燃料電池汽車相比于傳統(tǒng)石油汽車對重要零件技術(shù)要求更高，所以跟國際市場水平的差距仍然是比較大的。與此同時，在全球范圍內(nèi)，整個汽車產(chǎn)業(yè)都被這種類型的能源系統(tǒng)方式所影響，這種影響并非短短幾年時間可以消除，我國要想研究開發(fā)出科學(xué)、先進(jìn)并能夠規(guī)?；娜剂想姵仄?，必須將關(guān)鍵性技術(shù)與傳統(tǒng)型技術(shù)均衡、全面的發(fā)展。發(fā)展路線與機(jī)遇在發(fā)達(dá)國家，汽車行業(yè)的發(fā)展都起步較早，傳統(tǒng)石油汽車已形成規(guī)?；a(chǎn)方式，燃料電池汽車不易進(jìn)入市場被消費(fèi)者接受。因而同相比，我國傳統(tǒng)汽車沒有固定的模式生產(chǎn)，從長遠(yuǎn)的角度來看，燃料電池汽車可能更加容易在中國市場打開銷路，燃料電池在我國汽車更容易能夠做到后發(fā)制人。明確制訂了2020-2030年十年間我國燃料電池車的發(fā)展方案，確定了未來的發(fā)展方向、科技水平和中心發(fā)展。其中，《路線圖》規(guī)定2020年時，我國應(yīng)用于特殊領(lǐng)域的燃料電池車數(shù)量要超過5000輛，這個數(shù)字會在五年后突破5萬輛，并且應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大至城市私家車和公共使用車輛。在2030年，燃料電池車的數(shù)量會達(dá)到100萬輛由于燃油價格的持續(xù)升高，駕駛傳統(tǒng)石油汽車的成本越來越高，消費(fèi)者在購買車輛時逐漸開始考慮燃料電池汽車，我國有關(guān)政府部門也出臺了一系列的政策對燃料電池汽車行業(yè)加以扶持，這一舉措讓燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)有了更好的發(fā)展前景。由于國家地勢的原因，我國的石油能源儲備不足，不能隨意使用能源，受到了約束，所以需要從國外進(jìn)口石油，此外，在外貿(mào)交易中貿(mào)易逆差的狀態(tài)是我國另一個經(jīng)濟(jì)問題。我國倡導(dǎo)節(jié)能減排的理念，將環(huán)境污染當(dāng)作首要問題，政府出臺了相關(guān)政策用宏觀調(diào)控的方式對節(jié)能技術(shù)進(jìn)行扶持，鼓勵進(jìn)一步進(jìn)行燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及改革，為燃料電池汽車創(chuàng)造更好的發(fā)展環(huán)境。合資企業(yè)在一定程度上也幫助了我國企業(yè)實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，同事規(guī)避了一系列潛在的市場風(fēng)險。氫能源劣勢分析我國新能源領(lǐng)域雖然已經(jīng)取得了諸多成果，但是這并不代表我國的技術(shù)水平可以與世界一流企業(yè)相比，在各個方面仍存在著不少的缺點(diǎn)。例如，在科技層面，雖然我們?nèi)丝诒姸?，但是汽車企業(yè)缺乏技術(shù)型人才，真正的技術(shù)開發(fā)人員更少，僅僅能夠滿足對技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的需求；在能源層面，盡管我們有充足的煤炭資源，，但是排放的二氧化碳對環(huán)境造成的污染也是不容小覷的，此外，我國石油儲備較為匱乏，同時沒有頂尖的開采上技術(shù)，能源利用率低下，天然氣資源主要集中在我國西部，運(yùn)輸成本高昂；在資金層面，跨國汽車企業(yè)的入駐和我國缺乏大規(guī)模的汽車生產(chǎn)企業(yè)，實際的消費(fèi)市場發(fā)展情況也導(dǎo)致我國汽車企業(yè)在市場中缺少競爭能力，在市場上得不到大份額的銷售成果，生產(chǎn)成本得不到補(bǔ)充；從政府層面看，我國的發(fā)展重心有點(diǎn)主次顛倒，政府對汽車企業(yè)的補(bǔ)貼不足以進(jìn)行燃料汽車新技術(shù)的研發(fā)，同其他發(fā)達(dá)國家相比，我國缺乏新能源開采的核心技術(shù)，而且生產(chǎn)的新能源汽車各項性能與世界頂尖技術(shù)還有相當(dāng)大的差距；以長遠(yuǎn)的目光來看，我們?nèi)鄙俸献鞴糙A的覺悟，