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社长专栏 丰田访谈 赛事活动 专题报道
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社长专栏 丰田访谈 赛事活动 专题报道

解答有关氢能的问题

目录

FACT 1.氢能的燃点很高
FACT 2.氢能很轻,因此不容易点燃
FACT 3.在极低温度下,氢能可以变成液体进行运输
FACT 4.日本有147处加氢站,接下来的目标是在2030年时建成1000处
FACT 5.加满储氢罐只需约3分钟
FACT 6.加氢站的加氢价格约1100日元/kg(不含税)
FACT 7.新型MIRAI的续航距离约为850km
FACT 8.MIRAI在行驶过程中不排放二氧化碳
HOPE 1.希望使用绿色氢能

距离发布会结束至今,仅过了一个月的时间。5月时,富士国际赛车场举行了“超级耐力赛2021”,搭载了氢燃料发动机的汽车在这场24小时耐力赛中跑完了全程。用氢燃料发动机参加耐力赛属全球范围内的首次尝试,同时这也是通过氢燃料发动机展现更多氢能可能性的挑战,因此该事件被全世界的媒体争相报道。

另一方面,已经投入市场的二代MIRAI在实际应用领域证明了氢燃料电池车(FCEV),即由氢能驱动的电动车的高性能特点。

从公司内部关于氢能和MIRAI的问卷调查(调查时间在MIRAI上市以后到氢燃料汽车发布之前)来看,虽然越来越多的人对此持积极态度,但另一方面,也有人抱有“氢能会不会爆炸”“价格是不是很贵”这样的印象。

因此,在继续对碳中和进行采访的过程中,ToyotaTimes在本回将以“氢能”为主题,对各种有关氢能的问题作答。

为了证明氢能的安全性,丰田社长亲自作为车手参加了之前的耐力赛。可以说,只要了解氢能的特点,就能找到安全使用的方法。

FACT 1.氢能的燃点很高

现在很多人认为氢能是很危险的,那我们就先说结论:其实氢能和汽油、石油等燃料一样,只要使用方法正确,就是安全的。

我们知道,燃点是物质的性质之一,氢的自燃点为527℃,比自燃点为300℃的汽油要高,所以可以说,氢是自然状态下难以点燃的物质。

FACT 2.氢能很轻,因此不容易点燃

看到标题您可能会想:为什么因为轻就不容易点燃了呢?

诚然,氢气是可燃性气体,在一定的条件下就会着火。

但另一方面,氢也是所有物质中最轻的,其重量大约只有空气的1/14。

所以即便发生了泄漏,它也能迅速在空气中扩散开,浓度很快就会降低。所以,进入空气中的氢气是很难着火的。

只要正确处理氢能,就可以安全使用

为了能够正确处理氢能,丰田进行了各种研究与试验。以此为基础,他们得出了三个处理氢能的基本思路,分别是:“不泄漏”、“万一泄漏了,要及时检测出来并停止泄露”、“即使泄漏也要做到气体不滞留”。

丰田的MIRAI也和普通汽车一样,是在严格的安全标准下采取了安全措施。

此外,为了保证乘客、燃料电池、高压储氢罐的安全,需要采用碰撞安全的车身以及能够保护燃料电池堆的构造。基于上述的三个基本思路,丰田需要在研发和维修服务中穿插万全的保护措施。

在5月举办的24小时耐力赛中,丰田也基于这套基本思路,讨论了如何应对比赛中的突发故障以及加氢的方法。

例如在车内设置氢泄漏传感器(行驶中一旦感应到氢泄露,就会进维修区进行确认),在维修区中,如果氢能是从储氢罐泄漏的话,车停在那里的时候因为储氢罐也是关闭的状态,没办法把里面的空气抽空,所以会用吸尘器把“氢可能会泄露的地方所存在的空气”抽干净。

在朝着碳中和前进的过程中,氢能之所以受到了大家的关注,理由之一便是它“能够储存和运输能量”。那么氢能究竟是如何运输的呢?让我们来一起看一看吧。

FACT 3.在极低温度下,氢能可以变成液体进行运输

运输氢能的方法有好几种,其中一种是将氢气液化。氢气在-253℃的极低温度下会变成液体,液体体积只有气体的1/800,因此可以运输的量也变大了,这便是它的优势之一。

根据目的和成本选择最合适的运输方法

考虑到使用方法和成本问题,氢能的运输方法还有其他三种。

第一种是用通过高压压缩后运输。该方法是用装有高压储氢罐的专用拖车进行运输。其实将气体压缩到储罐中运输的这个方法已经在诸如家用液化石油气等其他气体的领域研究过了。但是,如果是大量运输的话,其问题就在容量上。

第二种是管道运输。就像城市里运送煤气一样,用氢能专用的管道进行输送,但是因为管道安装的费用很高,所以现在只在近距离范围内使用。

第三种是将氢能转换为其他物质进行运输,然后在需要用氢的时候再将其还原成氢能。例如运输含有氢的氨等,其优点是温度和压力都不改变,用一般的油罐车就能运输。但其中最大的问题就是成本费用。

除了目的、成本、基础设施等之外,这些运输方法还面临一个问题——运输时排放的二氧化碳(CO2)必须为零,才能实现碳中和。也就是说,虽然这些运输方法可以根据目的、成本、基础设施等进行选择,但在实现碳中和的目标时,必须实现CO2零排放。

通过FCEV出行时,作为燃料的氢能必不可少。但是在问卷调查中,很多人都表示“不知道在哪里加氢”“不知道加氢的方法”,这是不争的事实。接下来笔者将为大家带来关于正在整修扩加的加氢站解说。

FACT 4.日本有147处加氢站,接下来的目标是在2030年时建成1000处

目前,日本国内共有147处加氢站(截止到目前,即2021年6月)。接下来日本计划在2030年的时候将加氢站扩建到1000处。如果自家附近有加氢站的话,MIRAI就会变得更加便利,也就能走进千家万户了。随着加氢站的扩建,另一大问题浮现了出来,那就是增加FCEV的拥有辆数。

FACT 5.加满储氢罐只需约3分钟

MIRAI等FCEV的加氢是在加氢站进行的。加氢站和加油站形式类似,由适当增压的压缩机、储氢用的储压器、给氢降温用的换热器以及自助加氢机构成。

加氢站的工作是由持有加氢资格证的专业工作人员进行的,车主只需在车内稍等片刻就能完成加氢,整个过程大概只需要3至5分钟。当然,这其中也和储氢罐的剩余容量有关,但加氢的时间与汽油车相比几乎没有区别,非常的快。

另外,除了配备专业工作人员,部分地区还在尝试自助加氢,今后加氢站可能会和加油站一样方便。

MIRAI是以氢能为能源媒介,从中提取电力的。但根据现有调查显示,人们还是很在意其运转成本。

氢能比汽油更便宜还是更贵?现实是,很多人很难对这个问题有一个准确印象。那么氢的价格到底是多少?油耗呢?

FACT 6.加氢站的加氢价格约1100日元/kg(不含税)

氢能的价格其实和现在的高辛烷值汽油差不多。在东京都内的加氢站,加氢的价格为1100日元/kg(不含税)(截至到目前,即2021年6月)。在日本颁布的氢能基本战略方针下,他们计划在2030年将氢能的成本降低到原来的三分之一。

顺便一提,MIRAI的氢储氢罐总容积为141ℓ,可存约5.6kg的氢能。日常生活中,大概加4~5kg的氢需要5000日元(不含税)左右。

FACT 7.新型MIRAI的续航距离约为850km

新型MIRAI一次加氢可行驶约850km※,比第一代车型的续航距离多了30%左右。最近,在法国还出现了一次加氢能行驶1000km的新闻。

另外,在本报道刊登的前一天,还传来了这样的一则消息:日本汽车记者挑战无加氢行驶,并进一步刷新了记录。2007年,以当时的KLUGER为基础改造的FCEV跑完了东京与大阪之间的500km。随后,又经过了14年的时间,其续航距离增加了近一倍。

另外,在24小时耐力赛的影像中多次出现了对氢燃料汽车进行加氢作业的画面,让人记忆犹新。当然,或许很多人都会有这样的疑问:“氢燃料汽车的油耗高吗?”事实上,用于加氢的加氢车以及两旁的储氢罐都还有改良的余地。

虽然从现阶段的续航距离来看,是FCEV更胜一筹,但考虑到今后的技术进步和氢能战略,氢燃料汽车也会更进一步发展的。

※G“Executive Package”、G“A Package”、G的情况:以JEVS Z902-2018为基础的氢燃料电池汽车的有效氢能装载量【kg】乘以在WLTC模式行驶模式下的燃油消耗率【km/kg】得出的距离。根据加氢站的加氢能力、高压储氢罐里氢能的搭载量不同、顾客的使用环境(天气、堵车等)、驾驶方法(急踩油门、使用空调等)、燃料消费率的不同,实际上的行驶距离也有所不同。

由于传统的汽油车会排放CO2,所以即便是面对以氢能为能源的MIRAI,很多人也非常担心它在环境保护方面的表现。

对于人们表现出来的担忧,笔者希望将来不仅是汽车业界,日本政府和同伴们也能相互帮助,共同解决这另外一个难题。

FACT 8.MIRAI在行驶过程中不排放二氧化碳

以前的汽车是在发动机里注入汽油和空气,通过燃烧它们产生的能量供汽车行驶,所以这个过程会产生CO2。而MIRAI是混合了氢气和氧气,通过制造电力来行驶,所以行驶时不会产生CO2,排出的也只有氢氧结合后的水。

另外,在之前的24小时耐力赛中参赛的氢燃料发动机也没有与汽油混合,而是通过燃烧100%纯度的氢能来行驶,因此与MIRAI一样,在行驶时几乎不会排放CO2。

也就是说,如果站在灵活利用氢能的角度来看,说CO2的排放量为零也不为过。

但是,即使行驶时CO2的排放量为零,但从氢能的制造、运输,甚至车辆的制造、运输、报废的车型周期评估(LCA)来看,整个过程的的确确排放了CO2。因此从LCA的角度来看,还有很多需要解决的问题。

HOPE 1.希望使用绿色氢能

现在,包括日本在内,世界上使用最多的氢能叫灰色氢能。氢能根据制造过程中是否产生CO2,以及产CO2时的处理方法,分为绿色氢能、蓝色氢能、灰色氢能。

绿色氢能是指在制造过程中不产生温室气体的氢能,它主要由太阳能、风力等可再生能源制成。

蓝色氢能是指制造时不会向大气中排放CO2的氢能。具体来说,将生产过程中产生的CO2收集起来并埋在地下,且有效使用这些被回收的CO2,用这种方法制造出来的氢能被称为蓝色氢能。

灰色氢能是使用天然气或石油等产生的电力制造出来的氢能,这个过程会向大气中排放CO2。据说世界上生产的约95%的氢能都是灰色氢能。

从这一点来看,在氢能使用中,今后最好以绿色氢能为主。从LCA的角度来看,为了减少CO2的排放,提高再生能源的比例,活用氢能是解决方法之一。