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氢燃料电池的兴衰(1)

本文发表在 rolia.net 枫下论坛注: 本文选译自石油的终结一书

2000年3月初,一个矮小 结实, 胡须修剪得很整齐的人带着一脸疲倦的神情, 匆匆走了入Ballard动力系统公司在温哥华郊区的办公室。 两个星期以来,保罗・兰卡斯特,Ballard的财务副总裁马不停蹄地奔走着,游说纽约、伦敦、苏黎世和其他几个城市的银行家和投资家,为这家加拿大技术公司就要上市的三百万份股份寻找买家。尽管日程表排得非常紧张,但兰卡斯特和他的同事都清楚地知道现在是融资的最好时间。 不仅是因为科技股正炽手可热,而且Ballard的主要产品 - 一个被称为氢燃料电池的神奇发明, -越来越有可能成为未来的新能源。

这是一种从不需要充电的电池,它只是混合氢和氧来产生电流。 工作时只发出轻微的声响,除了水蒸气外什么都不会排出,长期以来被誉为未来世界的干净能源。 从八十年代起, Ballard的工程师们就在众人怀疑, 甚至敌意的眼光面前狂热工作着,为了把氢燃料电池商业化而努力. 现在, 那些努力终于得到了回报。就在几星期前, Coleman-Powermate电器公司宣布了一个使用Ballard燃料电池生产便携式家庭发电机的计划。 在底特律车展,福特揭示了它的最新的TH! NK概念车,一款用Ballard燃料电池做动力的四门家庭轿车。 时机真是不能再好了。12个月前, Ballard的股票一直在$25处摇摆。 现在,当兰卡斯特回到了在Ballard的总部时,股票已彪升到近$120, 并且没有停下来的任何意思。

其实, Ballard并未发明燃料电池。这种通过混合氢和氧产生电流的全新发电概念已经存在了几乎两个世纪,并且已经有过努力试图推广应用,创造 氢能源经济。Ballard 亦不是第一家公司想用燃料电池做为汽车动力, 最终生产一种不需要插头充电的"电动"汽车. Geoffrey Ballard创办的Ballard公司做了两个重大改进, 从而使梦想变成现实: 首先, Ballard找到了一个有效方法, 不仅成功的缩小了燃料电池的体积, 而且同时增强了它的输出功率: 例如, 它的马克900型电池,虽然只有手提箱的大小,但却可以输出足够的功率驱动一台中型轿车。其次, 同样重要的是, Ballard成功地联合福特和克来丝勒组成了一个超级联盟,结合他们强大的汽车专业技术, 开始建造新一代的,超高效率而且无污染的汽车. 从很多方面来讲, 这将结束近一百年来石油在运输上的垄断能源地位, 并开创新的"氢经济",威廉.福特,福特公司的主管,更是声称燃料电池的出现标志着内燃机时代的终结。 “现在是到了替换石油的时候了,’Ferdinand Panik, DaimlerChrysler的燃料电池分部主任也这样说到。 “氢燃料电池给我们提供了最佳的机会,我还没发现其他任何东西有如此的潜在力量能做到.”

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的确,就投资者而言,石油已经衰落。 几天后, 当Ballard上市股票全部认购后,公司得到了三亿四千零七十万的资金. -几乎是分析家所预计的两倍。 职员和管理层都很兴奋。 在做了十五年的做坊式的艰苦科研之后, Ballard终于有了足够的资金将技术推向市场。

实事求是地讲, 燃料电池汽车真要和内燃机汽车竞争还有很长的路要走.尽管Ballard非常肯定他的的马克900型电池的成本将在2002年二月左右大幅降低. 燃料电池仍然比内燃机昂贵很多, 此外, 燃料电池需要氢做原料,目前还没有哪个加油站, 或任何地方有售. 即使如此,Ballard,以及其他燃料电池公司,都认为燃料电池技术已经到了应用的关键时刻。 几个月后,兰卡斯特兴高采烈的告诉记者燃料电池已经克服了技术上的所有关键难题。 “在早期,燃料电池只是实验室里的新鲜发明:’他说。 “现在所有的主要障碍都克服了”。

象Ballard这样的故事令正处在变革中的能源经济即忧虑又兴奋, 尤其是运输业。 在长达一个多世纪里,我们的活动几乎完全地依靠石油和内燃机。 世界上正在奔跑的七亿五千万辆汽车、卡车和其他车辆中(这个数字还在以每年五千万辆的速度在增长) , 大约90%依靠石油-这不是由于某个石油公司的阴谋,而是因为,就目前来讲, 花同样的钱, 内燃机比其他类型的动力机能 提供更大的马力, 运转更有效.。 除非出现更为经济实用的技术, 烧油的内燃机将仍是汽车动力的首选。

当然在我们看来,石油正接近它的极限,或者说转折点。 石油的稳定供应、污染和政治因素等问题正在成为越来越大的挑战。 石油垄断出现了一丝裂痕,并且这些裂痕在现代非石油能源的科技发展和我们的想象力下变的越来越大. 每一天,在世界各地数以万计的实验室, 车间、研究所和会议室里,无数的大脑在拼命思考着, 研究着未来的替代能源, - 从太阳能电池板到风力, 到生物能源-其中任何一个的突破都可能成为后石油时代经济的基础。

在这股替代能源的潮流中, 氢燃料电池可以称之为急先锋. 这种有150年历史的, 即干净又安静的能源技术用在动力机上效率要比最好的内燃机高近三倍。 正如煤炭替代了木柴, 石油替代了煤炭,氢燃料电池的美好前景为结束石油在运输上的百年垄断带来了希望, 并有可能给 能源经济和能源政治带来一场革命.

当然, 变革不会仅限于此。 由于燃料电池可以被做成不同尺寸,他们可以用来给几乎所有设备提供动力,从手机, 汽车到城市公共汽车和办公楼。 可以想象,燃料电池也许不只是简单地一种动力源,还有可能造就一个全新的能源经济。 没有了那些四处蔓延的, 低效的输油管线, 、精炼厂和污染环境的发电厂,取而代之的是数以百万计的互联,独立的小型经济实体,每个都依靠不同的包括燃料电池在内的替代能源提供干净, 便宜的能量。 利用后院或地下室装备的燃料电池系统, 消费者和企业能达到能源自给自足,车辆, 照明和机械设备再也无需担心停电的威胁和油价的飞涨, 能源的垄断。 经过几个世纪后, 那种由少数企业和资本家控制的,受到政府保护的高度集中化的能源经济将不复存在. 能源也许都可以就地解决。

美好的前景和巨大的潜力最终吸引了不少听众。 在最近几十年,对燃料电池的兴趣和所谓的氢经济呈现指数性地增长。 所有主要汽车制造商都开始了燃料电池项目。 政府决策人员、能源专家和新能源倡导者均提到了氢燃料将是后石油时代新能源的胜出者.连 最不服气的石油公司也口头认可在某种程度上氢燃料将是未来燃料。 剩下的问题就是这场氢革命将什么时候开始, 需要多少时间完成, 以及, 要花费多大的代价.更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
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  • 工作学习 / 科技领域杂谈 / 氢燃料电池的兴衰(1)
    • 通篇胡说,完全忽略了一个重要问题:氢气怎么来?另外氢电池根本不可行,原因很简单,就是催化剂问题。氢电池需要铂做催化剂。
    • 燃料电池资料
      • 加拿大燃料电池网
      • 燃料电池工作原理动画片
      • 中国的燃料电池发展
      • 和燃料电池相关的股票.
    • 燃料电池纯粹炒作。就是为了股票骗钱。未来的方向我认为还是Hybrid,但是以充电为主,汽油为辅。以后每个停车位都会有投币充电口。毕竟几乎到处有电。长途旅行仍旧用汽油或柴油。
      • Hybrid的东西一般都是过渡性的,最终会进化成纯电的或者纯燃料的
        • 同意。石油总是要被用完的。再过几十年,归根结底只有两种能源,太阳能和核能。1、太阳能通过水电站变成电能,或者核电给汽车充电;2、或者太阳能通过农业变成玉米酒精给汽车用;3、还有就是电解水生产氢气压缩液化后给汽车直接燃烧使用。
          本文发表在 rolia.net 枫下论坛氢气电池和氢气直接燃烧相比体积小,效率改进余地大,但成本相对氢气直接燃烧来说绝对不会低。

          液化氢气的工业需要重复使用的铁瓶、液化设备,都没有成本瓶颈,如果上规模,成本很低。对工业生产的精度要求非常低,生产人员小学毕业即可。安全使用,氢燃烧发动机技术最终都会被解决。

          而燃料电池需要稀有金属,存在无法克服的成本瓶颈,最终生产难度比较大(芯片生产规模再怎么大,也比纺织厂的成本高)。

          1、电能蓄电我不看好,因为蓄电池寿命低,成本高,充电过程烦琐,最重要的是存储能量的密度小。
          2、玉米酒精之类的是未来20~50年最有可能的普及技术,对现有汽车工业的改进需求非常小,但最终农业生产效率太低,无法满足工业的能源指数级增长需求;50年后会逐步成为次要能源;
          3、人类社会持续指数级发展的话,最终,还是要依赖核能,开始是核裂变,后来核聚变成熟就更爽了。肯定比水电比例更高。而氢气的储能密度大,无污染,来源充分,易保存,易移动,是移动能源的主要手段。

          另外液化氢气的添加必须在特定的工厂完成,所以不会在加油站去从一个容器向另外一个容器灌装。而比较可能直接把容器拿过来接到一个接口上,如同现在babique的液化石油气瓶。

          想想未来50~100年,汽车开进Drive though的加油站,在窗口刷信用卡,在驾驶位打开一个盖子,接过从窗口递过来的若干小瓶氢气(5~10公斤),塞到若干个接口上。然后开走。

          当然氢燃料电池也有用武之地,那就是笔记本电脑之类。一旦大瓶汽车用氢气技术普及,小瓶的笔记本电脑用氢气的成本也很低。笔记本电用完之后,如果不打算插电的话,要做的是换一小瓶氢气。更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
          • "接过从窗口递过来的若干小瓶氢气(5~10公斤)", so funny.
            • 呵呵,这是self service,如果是full service,就会有人帮你装好气瓶。我认为:现场把氢气从一个容器充到另外一个容器中不太好(至少比较危险)。直接搬瓶子比较简单,至于是司机搬,还是服务人员搬,或者是机器搬,就不好说了。
          • 我问个问题:氢气如何压缩液化?液化后密度是多少?
            • 几十年之内可能是高压氢气,几百年后可能是液化氢气。这是个方向,不好说具体什么时间点能发展到哪一步。反正人类社会要发展,需要移动的能量,总不会被这细节技术问题噎死。几十年前计算机那么大,一样有人买。
              • 您能不能学点知识先?我可以告诉你:氢气之所以没有实用价值,是因为它的理论数值决定的。什么液化氢气高压氢气,你知道这是什么概念?请不要拿无知当有趣
                高压气体是很危险的,而且高压氢气更危险,因为一旦渗漏可以导致大范围起火甚至爆炸。汽车上整天装着一个超高压容器,拿来做自杀炸弹还不错;

                液化氢气?您喝多了?你知道氢气液化需要什么条件?而液化氢气密度又是多少?我先回答后面那个问题:液化氢气密度大约是80kg/立方米。前面那个你自己去研究。

                说来说去都是些外行人在这里瞎说。
                • 关于氢的安全性, 有这么种说法:氢比空气轻很多, 一旦泄漏, 会很快挥发而避免达到危险浓度. 而且不会污染土地, 水源. 此外, 氢燃烧时的热辐射比汽油低很多, 引燃周围物体的可能性降低. 工业上已经在使用氢气, 已经有了一套安全操作规则.
                  • 你这些都是想当然。首先氢气分子特别小,而且粘度非常低,很容易泄漏。第二,氢气极易点燃,见齐柏林号飞艇;第三,工业环境和汽车驾驶环境可不一样,工业上不需要拖着个大气瓶在路上开120km/hr.
                • 别着急,也别钻牛角尖,别在氢气无法常温液化那棵树上吊死。要学会多想办法,开阔思路,智商高的一个典型特点就是思路开阔。人类需要可以移动的能量储存介质,总是能想出办法来的。什么硼、锂、钠加水,什么金属、纳米管、活性碳吸氢,还有什么工业合成酒精、一氧化碳之类。
                  • 我对这些所谓的技术前景不乐观,特别是在氢气作为燃料本身的可行性就是问题的前题下。而且你说的很多所谓的"主意"实际上暴露了你至少在化学上的无知:氢气用活性炭吸附?我们不是在写科幻小说,我看您还是不要再瞎掰了
      • 充电不像加油,需要几个小时,你能等吗?
        • 所以每个停车场应该都能充电。比如充10分钟,至少能跑50公里,充满跑500公里。另外,如果你需要跑长途,就用汽油,一缸油1000公里。
          • 这不是手机充电,10分钟怎么能跑50公里以上?目前电池的比能量都很低,理想的充电站是一个很大的问题,估计要排长队。另一种设想是在充电站换电池,那么需要吊车来换沉重的电池。另外,你的油缸有多大呀,怎么能跑1000公里?
            • 信不信由你。现在的电池技术已经能够达到这个水平。Toshiba在2005年已经能够制造汽车用的60秒内充80%的电池。不过呢,他们需要340千瓦的电源,一般电源在1.5千瓦左右。不过10分钟充10%已经不是什么难事了。
              • 10分钟充10%不难,但是这不等于说100分钟能充100%.希望您知道这不是个线性问题。
    • 那氢燃料从哪里来啊?空气里是没有的,地下也是没有的. 如果它不是一次能源, 那也就没什么跟石油比的意义了
      • 太阳能的效率太低,最终人类的能源会依赖核裂变或者受控核聚变。氢气只是一个介质,把有线的能源储存起来满足移动的需求。一、两百年之后,受控核聚变提供大量、便宜、充足的能源之后,基于氢燃烧发动机的个人飞行器是很容易想象到的。
        • 氢气作为能量储存介质可操作性很差,因为氢气的能量体积密度极低,而储存首先需要的就是空间。所谓重量密度高都是拿来骗人的东西,我们在绝大多数情况下是受到空间的限制,而不是重量的限制。
    • 氢燃料电池的兴衰(2)
    • 有没有人看过记录片Who Killed the Electric Car. 里面有个专家的观点, hydrogen fuel cell车要上市要克服5大困难. 比方说现在这种车的造价是1M, 比方要assume其它技术不回更新(比如电池),氢燃料的安全储存问题等.
      • 这个? 有机会看看.
        • 就是这个. 我从你的link找到了那5个苦难. 这部电影值得一看的
          who lists 5 problems he sees with hydrogen vehicles (these are his paraphrased claims, along with exact quotations):

          1. Current fuel cell cars cost an average of $1,000,000. This cost, in his words, "has gotta drop."
          2. Current materials cannot store enough hydrogen in a reasonable space to "give you the range people want."
          3. Hydrogen fuel is "wildly expensive." In his words "even hydrogen from dirty fossil fuels is two or three times more expensive than gasoline."
          4. The need for an entire new fueling infrastructure. He claims "someone's gonna have to build at least ten or twenty thousand hydrogen fueling stations, before anybody is going to be interested."
          5. Competing technologies will improve over time as well. "You have to hope and pray that the competitors in the marketplace don't get any better. Because right now the best car in the marketplace just got a lot better, the hybrid vehicle..."
          • 这个电影我看了,根本不值得推荐。导演的观点太偏颇,事实就在那里,电池效率和寿命低,不能长途旅行,需要家里有第二辆车... 看完后反而相信按照当时的技术应该kill EV1。
            • BTW, Honda started "EV2" last week... 3 year lease only for $600 per month...
    • 现在最接近实用的应该是GM承诺2010年投产的Volt,车子动力全部来自电池,晚上可以用110V电源充电,长途旅行时可以用车上的3缸发动机(可以烧酒精燃料)充电。
      • 酒精燃料?这个是比氢气燃料更接近现实的骗局。我真怀疑你们这些人到底学过多少化学和工程学,氢气这种东西能做汽车燃料,这显然是某些人拿来骗钱的主意。论常温下的能量密度,氢气连干柴都不如。
        • “氢气这种东西能做汽车燃料,这显然是某些人拿来骗钱的主意。”看看我的经历#4516163@0,我在Ballard公司见到过不少华裔面孔,他们如果上ROLIA看到你这样说,会觉得很FUNNY。。。
          • 看过不少华人面孔,这个项目就一定是好的,就应该支持?我可以很明确地告诉你:氢气作为能源的可行性没有!有本事跟我讲讲这些最起码的问题
            1) 氢气怎么来?
            2) 氢气的生产,能源转化率多少?
            3) 你的燃料电池的能源转化率多少?\
            4) 你的燃料电池寿命多少?
            5) 你的燃料电池需要用什么做催化剂,成本多少?有多大可能降低到可以接受的程度?
            6) 氢气如何储存?最好拿出科学依据来,不要笼统地说'液化'。
            7) 氢气作为燃料,infrastructure上面怎么解决?要知道石油有加油站。
        • Ok, you are saying that the whole E85 and flex-fuel is just a big hoax?
          • Yes!所谓的酒精燃料计划,纯粹是一种变相农业补贴。用玉米制造酒精根本就是胡闹。巴西确实有酒精燃料,而且成功使用了20多年,那是那里的条件决定的。建议您多学习点工程学,少点瞎掰
            • "巴西确实有酒精燃料,而且成功使用了20多年,那是那里的条件决定的。" so what happened in Brazil and why doesn't work in US? I really want to learn. Is this technology limited or market limited?
              • 巴西有很多有利因素:比如温暖的气候,廉价的劳力
                巴西是用制糖的废糖蜜制酒精,这种东西成本低,含糖量高,而甘蔗本身对土壤要求不非常高,产量非常高;

                巴西地处热带亚热带,一年可以收获至少两次,美国的玉米每年收获一次;地处热带的另一优点是气温高,因此发酵过程温控所需能量少,而这在美国北部和加拿大就不一样;同样道理蒸馏所需能量也少。

                整个玉米做燃料的主意,是那些lobby group搞的,这里我给你一个加拿大的报道:
                http://www.waterkeeper.ca/content/fish/a_lobby_machine_that_runs_on_e.php
                这篇报道最先出现在Globe and Mail,这个故事给出了一个在这个国家合法性腐败的典范。

                值得注意的是,尽管北美洲的酒精产业根本不可行,但是美国和加拿大却对巴西进口的酒精燃料征收高额关税,难道这不说明问题?
                • Hey buddy, let's go back to topic of "酒精燃料", so it is possible and not a "骗局", right?
                  • 我说了,在北美洲不可行,就是这么简单。看懂了没有?
                    • 看懂了. Because you said it is cheating, so it MUST be cheating, even if you can buy and burn E85 fuel in North America NOW. BTW, I do know that currently E85 doesn't save money, but at least this is the first step, and it doesn't hurt.
                      • 如果投入的能源少于产出的能源,无论给出多么好听的名字,这就是骗局。什么E85,告诉你,就是把全北美洲的耕地用来生产玉米,也不够这里的燃料需求的1/3.事实就是这么简单!这也叫环保?拿来骗好莱坞那些同性恋还凑合
                        • Take it east, nobody said that we all start burning corn fuel from tomorrow. E85 is a start and it is not only from corn. Even if E85 can replace 1/10 of current gasoline, it is still a big step forward. BTW, not all E85 are energy balance negative.
                          • 所谓的Energy positive只是一个骗人的东西,还有连带的材料成本根本没有算进去,比如肥料问题。不要以为什么地只要撒上种子就能产出你要的东西
                          • 怎么这么像政客的演讲。看来随便编个故事,还是能骗倒很多人。
                            • “民主政治”的特色:只要能拿到选票就是真理
                        • 哥们你对biofuel了解的很有限啊。用玉米或其他谷物发酵生产酒精确实是一种工业方法,但也基本属于老方法了。耕地有限,当然很受局限。现在正在研究发展的新兴方法是生物工程的Cellulosic ethanol。又称ceetol。
                          就是说要能从任何纤维中经过发酵生产出酒精。任何属于lignocellulose raw material 都能用来制造酒精,包括回收的垃圾里也应有尽有。现在关键的问题是要解决高效经济的纤维水解酶的开发。你既然是搞工程和化学的,应该能看出这里的重要意义。
                          • 没有意义。我知道你说的那些,不外乎是什么switchgrass之类。我问个问题:这些东西怎么收集?再说,你保证整天从地里面收割,就不需要施肥等田间管理?你说的这些主意都没有用,如果原材料能量含量少,那么产品就不经济,就是这么简单
                            • 哈哈,switchgrass之类。生产点什么不都得先干点活?石油,汽油也不是白流出来的。至于经济不经济,那当然是重要的课题和突破方面。不过咱们也可能会有机会看到不用你说的什么那末不经济的“施肥等田间管理”的新东东的。
                              • 没错,switchgrass在野外生长不需要田间管理,但是你忽略了一个重要方面,就是在野外也没有人去收获。这就是说,这些草最终烂在地里,因此地里的矿物质不减少,从而肥力不下降。如果你从地里收获,这就不一样了。
                                要知道植物生长不是只需要水。biofuel的另外一个大缺陷就是对水资源的消耗非常大。而水资源现在的情况是越来越紧张。

                                那些以Al Gore为代表的所谓环保伪君子们,从来都不是真正为环保做事的。
        • Hi, smart guy, Honda started public leasing of their hydrogen fuel cell cars this month, are those fake?
          • Sure. NASA developed hydrogen rockets over 50 years ago. So we all know this idea will fly, right?
            • Do you mean hydrogen fuel cell cars don't exist? What are Honda leasing?
              • 我说过氢电池不存在?看来您真的没有任何高等化学背景,我看您还是洗洗睡了吧
                • Hey, you are saying that "酒精燃料是比氢气燃料更接近现实的骗局", and I thought "氢电池" is based on "氢气燃料" which should be another "骗局", it isn't???
                  • 骗局的意思是说把没有价值的东西当作有价值来卖,这叫骗钱。难道说存在或者可能,就一定可行?您不是学工程学出身的吧?
                    • I am a engineer, and I believe hydrogen fuel cell exists and it is valuable, even if it is not suitable for automobile, it can be used somewhere else. Everything being researched as alternative energy is valuable, even if it failed. This is engineering.
                      • 说了半天,就这种engineer.你回答回答我上面提出的问题先。什么Alternative energy.你能讲讲你的燃料电池怎么节能先
                        • Hydrogen fuel cell is not mine. All I know is that there are people working on it and there are production cars for lease as of today. I don't care whether you call it cheating or not, I know you don't care.
                          • 这种东西纯粹是玩新鲜概念,根本没有任何实用价值,我说了,氢气作为替代石油的能源是极为荒唐的。不服气就回答我提出的那些问题
      • 如果能用菜油就比较简单了,有个磨坊,连化工厂,发酵罐都省了。
        • 如果能用甲烷,就只需要车上的人吃点黄豆,就能从多伦多开到卡尔加里了。
          • 给人做个丝工就可以了,
            • 而且车上还serve meals,就这一点足以把Air Canada比下去
          • 如果刹车或转弯怎么办?
            • 塑料管还是很柔软地,不要用金属的,容易导致痔疮。
        • Yes, I did read one article from Car and Driver last year about a guy in US put used vegetable oil into his VW. Because he collected too many and he got fined from the government because individuals are not allowed to "keep large amount of fuel".
          • 嗯,菜油档次还是太低,我看下次应该用芝麻油和extra virgin橄榄油做同样实验,这样更有意义。
          • 其实说道这种bio-diesel,我倒有个主意,而且很环保:把火葬场改成炼油房。加拿大胖子多,肯定能生产好多bio-diesel出来。而且这绝对是carbon-neutral.
            • 费用太高,用地沟油吧,还有肯德基的废油。
              • 这些在加拿大已经回收了,所以我们现在要致力殡葬改革,从废物利用上下功夫
    • 本人有幸曾于2001年作为合作方人员,参与过Ballard公司的氢燃料BUS(不是轿车)的整车测试工作,历时数月,这台被测氢燃料BUS是德国奔驰公司提供的资金,整车测试的时候噪音很大(可能与当时发动机挡板敞开有关),这是一台商业化整车,可惜项目没完俺就被土狼屯招安了。。。
      • 你对氢燃料电池车发展前景的看法是什么?
        • 我在7年前接触这项新技术的时候,就思考过这个问题,当时的结论是氢燃料的成本高,还不足以大众化,但有可能在公交系统中使用,这样总体成本可以降下来,我测试的BUS就是公交车,当时的造价是100万(马克还是其他货币忘了),7年过去了,现在我比较支持Hybrid的思路。。。
          • hybrid这个思路是对的,至少是从能源效率上讲。但是具体hybrid是不是真正节省了能源,也不好说。实际上这边研究alternative energy的一个根本原因就是没有人真心想降低自己的eco-footprint.
    • 氢燃料电池的兴衰 - 常见的问题
      • 胡言乱语了不是?
        本文发表在 rolia.net 枫下论坛1) 氢气怎么来?
        我想不用你告诉大家,大家也知道氢是宇宙中最富有的元素,什么东西里面都有。问题你怎么游离出单质氢气来。你说的那些方法都是非常消耗能源,根本不可行的方法。

        要知道,我们这里讨论的是作为能源使用的氢气,而现实是氢气本身根本不能作为能源,只能作为能量载体,无论你说的哪种制备方法都是如此。现在世界缺乏的是能源,不是载体!

        2) 氢气的生产,能源转化率多少?
        你这个是答非所问。我说的是氢气生产过程,输入1kwh能量,所得的氢气能产生多少能量。我可以很明确地告诉你,如果是使用电解水的方法,这个过程的效率不会高于80%,就是说你的燃料电池的效率再高,也要乘以这个系数;

        3) 你的燃料电池的能源转化率多少?
        内燃机的能源转化率是10%左右, (就是说, 近90%的能量被浪费了) 燃料电池大概是50%.
        -------------------------------------------
        胡说八道。

        内燃机的效率一般在30-40%,如果是柴油机,还要高一些。如果你的燃料电池效率只有50%,我看不出有什么优势,不要忘记我在2)中的那个80%的系数。就是说如果你的燃料电池只有50%的转化率,它的总体销量也就是40%。

        4) 寿命...哈哈哈!Good luck

        5) 让我戳到痛处了吧?你用的催化剂的价格是$2000US/oz.而且这个世界上铂非常少,长期处于供不应求,不要指望这个价格会跌。回收能降低成本?你可真能闹。小心别人把电池偷了去打戒指。

        6) 氢气的储存:你说的方法都有问题。不要忘记氢之所以叫氢,就是因为轻!

        氢化物?首先储存效率很低,如果要提高效率,就需要用轻元素,那就是锂,硼。碳不要考虑。这两种元素成本可都不便宜,而且锂的毒性很大。这还只是一个问题,另外一个问题是你怎么去把氢化物很容易地化合和分解。

        压缩气瓶?我说过,氢气的密度非常低,即使是标准状态下,也不过89g/立方米,你想如何压缩?要知道PV=nRT只适合稀薄气体,你如果给氢气20MPa的压力,够大了吧?氢气也不过是18kg/立方米,这还没有考虑到非理想气体,没有温度气温变化,假定你的气瓶500L大,也不过装了9kg,从热值计算,相当于不到30升汽油。考虑到比较高的efficiency,也就够一个minivan的量。

        这听起来不错,但是,有这么几个问题:
        a) 气体压缩也需要能源啊,确切地说,净能源,按照等温过程计算,是E=PV,就是说,你这200个大气压(20MPa),每立方米需要20M*1=20MJ的能量,这相当于5.56KWh,或者4780KCal,也就是0.16kg氢气的热值。不要忘记这是最理想状况下的数值,实际上你需要至少这个数的2-3倍的能耗。

        b) 你知道500L的气瓶是什么概念?而且这还是200大气压的压力容器,就是说期壁至少要有能够承受300-400大气压的能力,知道这玩意需要多厚吗?

        而且背着这么大的压力容器到处跑,开在路上安全程度和巴格达的殉道者差不多。

        7) Infrastructure, 汽油常态很容易储存,高压氢气怎么存?如果使用氢化物,你整个运输的过程浪费多大?不要整天吹牛,有点工程学眼光好不好?

        剩下的,什么pdf文件,吹牛网站等等,问你个简单问题:如果政府把补贴抽了,你们能活多久?更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
        • 你很情绪化嘛, 在氢燃料电池上吃过亏?
          本文发表在 rolia.net 枫下论坛其实原本写这些东西, 主要是为了开阔眼界,了解新事物. (刚写到它的兴, 还会讲他的衰), 我并不认为未来能源非氢燃料电池末属, 它只是很有希望的一种, 其他还包括太阳能, 风能, 潮汐, 可控核裂变, 甚至反物质等等.

          1) 氢气怎么来?
          我想不用你告诉大家,大家也知道氢是宇宙中最富有的元素,什么东西里面都有。问题你怎么游离出单质氢气来。你说的那些方法都是非常消耗能源,根本不可行的方法。
          : 如果不可行, 现在市场上的产品都是哪里来的? 利用风能, 太阳能是很好的自然方法.


          要知道,我们这里讨论的是作为能源使用的氢气,而现实是氢气本身根本不能作为能源,只能作为能量载体,无论你说的哪种制备方法都是如此。现在世界缺乏的是能源,不是载体!
          : 氢燃料电池就是利用它的载体功能, 从而储藏和释放能量啊.


          2) 氢气的生产,能源转化率多少?
          你这个是答非所问。我说的是氢气生产过程,输入1kwh能量,所得的氢气能产生多少能量。我可以很明确地告诉你,如果是使用电解水的方法,这个过程的效率不会高于80%,就是说你的燃料电池的效率再高,也要乘以这个系数;
          :80%的出处? 我说的是综合考虑的结果, 比如石油, 从勘探, 开发, 运输, 提炼, 使用, 排放, 及处理排放污染所耗费的资源, 这是有研究证据的, 如果你不同意, 可以同样找学术上的证据来反驳.


          3) 你的燃料电池的能源转化率多少?
          内燃机的能源转化率是10%左右, (就是说, 近90%的能量被浪费了) 燃料电池大概是50%.
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          胡说八道。

          内燃机的效率一般在30-40%,如果是柴油机,还要高一些。如果你的燃料电池效率只有50%,我看不出有什么优势,不要忘记我在2)中的那个80%的系数。就是说如果你的燃料电池只有50%的转化率,它的总体销量也就是40%。
          : 同样, 靠证据说话.在热动力学的理想状态下,(无摩擦, 全润滑, 全隔热) 内燃机的效率极限是37%. 实际的平均的效率是20%. 一般状况下远低于此, 在停车的状态是0, 所以说10%是有道理的. 参考:http://en.wikipedia.org/wiki/Internal_combustion_engine


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          人们很早就发现石油了.但那时的主要用途最多也就是点点灯, 烟还很大. 直到近代, 随着新材料, 新技术的发展, 一个庞大的石油产业出现了. 在此之前, 绝对会有很多人问:石油有什么用?

          没人会知道未来会如何, 但保持一个open mind很重要, 至少不会总觉得世上聪明人就你一个, 其他人都是胡说八道.更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
          • 我从来不相信氢电池,玉米酒精这些故事,就像我从来没有相信过王洪城的水变油一样
            1) 这个世界不缺乏能源载体,而氢气作为能源载体并没有更大的实用价值。注意:我这个观点是根据氢气的物理和化学性质得出的,不是想当然;

            2) 氢燃料电池不是什么新主意,如果你学过大学化学,就应该知道实验室的基准电池就是氢电池,所以我知道那玩意贵,首先就是因为催化剂贵,而铂过去不便宜,现在不便宜,将来更不会便宜,从投资观点看,与其相信这种馊主意,还不如投资铂更划得来;

            3) 你这个10%没有道理。就算是wiki说的对,里面不是说了:AVERAGE是20%;你这10%从哪里来?

            4) 80%的出处,是根据最基本的化学热力学加上工程上的考虑估计的,实际上电解水的效率最多也就这个数,请问您在这方面知道多少?如果不采用电解,不外乎还是用石油或天然气制取,你觉得氢气比石油和天然气更干净?所谓微生物产氢气那是瞎掰,如果这样不用制氢气,只需要在这里推广沼气,就足以取代x相当一部分天然气了,我们现在这里的沼气普及率比0大多少?而且发酵过程你以为那么容易?

            燃料电池如果作为民科或者爱好或者特殊用途,也不是不对,但是想打入主流能源市场,我看还是早点关门大吉吧。
            • 嗯, 有点世人皆醉, 唯我独醒的味道, 哈哈, 相信也好, 不信也好, 这些新技术都还在发展, 并且有的已经开始实用化. 开发, 使用新能源是趋势. 每种技术都有优缺点, 看来你对此也有研究, 有什么想法? 不是每一个都是水变油吧. 下次出门开车用什么呢?
              • 实用化后再说实用化,事实是氢燃料电池并没有实用化,而只是出了几个样品。Ballard Power自成立以来就没有盈利过,而且我认为在可预见的将来也不会依靠单纯的氢电池在汽车等大众产品中的应用盈利。
                • 狼兄, 和你的讨论很有意思. 不过为了善始善终, 我还是打算尽量贴完, 就当个历史故事看吧. 目前我和燃料电池还没有任何利益上的关系, 纯粹是兴趣啦. 以后还会提太阳能什么的, 欢迎指教.
                  • 快贴啊,我对太阳能持肯定态度,但是我认为从可行性和环保上看,热水器是最好的起点。这个中国在技术上有优势,应该在这个基础上发展。另外,那个说“5公斤氢气瓶"的好像不敢做声了,哈哈
        • 这位同学请注意说话的口气, 对事不对人.
    • 氢燃料电池的兴衰(3)
      • 吸收发电厂的多余电量是个好主意!
        • 吸收多余电量并非是好主意,因为这些多余的电量不是天上掉下来的,而是需要其他能源来产生。当然水电站因为枯水期和丰水期的问题会有多余电力,但是用氢气储存是个坏主意,目前一般用抽水储能的方法。
          最好先了解一下氢气的物理和化学性质,然后再讨论这个问题,因为从工程学观点上看,氢气是个非常难操作的东西,用来作为能源如果没有很特殊的需求(比如火箭燃料),就没有实用价值。
      • 等我有空了再来批这篇文章。这篇文章从一开始就开始胡言乱语。
      • 好,现在挑挑毛病
        本文发表在 rolia.net 枫下论坛“如果我们彻底去掉碳,转而烧纯氢,能量就不会受到碳的影响而损失。氢是一种比石油,甚至汽油能量更为集中的燃料。如果用在内燃机上,和同等重量的汽油相比, 氢将产生近3倍的能量,和少得多的排放物。”
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        这一段一开始是不知所云,什么叫'能量不会受到碳的影响‘?碳怎么导致能量损失?

        然后说氢气能量更集中,根据下文显然是在说氢的能量重量密度,没错,是所有化学燃料中最高的,但是要知道我们在实际应用中能量的体积密度比重量密度更重要,就是说燃料箱的储存能力是按体积算,不是按重量算。如果按体积能量密度计算,即使是液态氢气,也远远不如燃料油,甚至不如煤。
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        "至于缺点,显而易见,就是自然界不存在纯净态的氢, 而必须靠工艺提炼出来。方法之一是靠分离, 或分解化石燃料, 如沼气或汽油来产生. 但其他的方法也存在。如果你让电流通过纯净水,电能将使氢原子分裂脱离氧原子, 其他氢原子形成新的组合,既氢气。这些新的氢气分子携带着通过电流所获得的能量。这个过程中,即电解法,是最早的制氢方法,目前它仍是工业过程中获得纯净氢的最常用的方法。然而, 电解的真正妙处, 就是这个过程可以逆转。"
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        目前制取氢气主要有两种方法,一种是用天然气,在催化条件下和水蒸气发生反应,产生二氧化碳和氢气。另外一种是电解水。两种方法耗能都很高,而前一种方法实际上要产生温室气体,而且产生的氢气可能混有一氧化碳和其他杂质,这些东西会导致燃料电池的催化剂中毒,从而缩短电池寿命;第二种方法无疑要使用大量电力,我说过电解水的效率最多80%,根据热力学计算,电解水的最低电压是1.23V,实际上为了让反应能够进行,需要使用更高电压,一般需要至少加0.3V,才能够使得反应速度和彻底性有实际意义,如果加压0.3V,实际热效率就是1.23/1.53=0.80,注意这是纯粹含工程学考虑的理论计算,实际情况不会比这个更好。

        如果光氢气制备就最多只有80%的热效率,那么再加上运输,fabrication,等等,再用到车上,这个热效率就大打折扣了。
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        "到20世纪70年代,霍尔丹的想法,已演变成一整套以氢为基础的全新的经济展望。倡导者认为氢是种完美的能源形式 - 一种可以利用其他不同能源来产生的能源“货币”就象银行里的钱一样, 在需要的时候可以通过燃料电池来释放出来使用,或作为燃料直接在汽车, 发电站,甚至喷气发动机里燃烧。氢似乎特别适合用于储存过剩的电力。大多数发电厂-无论是核电站,火力发电厂,或水电站-都有一个峰值发电能力, 只有在相对较短的需求高峰期才被充分利用;其余的时间,都在限制. 氢倡导者主张:为什么不让发电厂始终在满负荷情况下工作, 将过剩的电能以液氢的方式储存起来?同样,氢可用于储存从其他替代能源所获得的能量,如太阳能和风能这两个“可再生”能源, 从而弥补他们工作不稳定的特点-例如, 太阳能电池板,只有在有太阳照射情况下才能发电."
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        什么叫白日做梦,这个就是。我不管什么科学家不科学家的,事实是我怀疑这个科学家根本没有任何工程学修养,整天躲在学校里做实验写paper。

        根据我前面的分析,氢气作为内燃机燃料显然是让人无法想象地愚蠢。再来讨论所谓的让发电厂满负荷发电的问题。任何装置都有个最佳功能工作状态,所谓满负荷工作,一般不属于最佳工作状态,这无异于说既然这架飞机能飞3马赫,为什么要飞经济航速?

        然后我们是不是可以让发电厂在off peak的时候用产生氢气来保持最佳工况?大概可以,但是我不认为这样产生的氢气就意味着能源的节省(见上面的80%),而且事实是现在我们燃料消耗量如此巨大,这点电解出来的氢气根本无足轻重,这还没有考虑infrastructure等其他难题。即使将来上核电,也远远不能满足替代石油的需求。

        事实上,根据上面的分析,我不认为氢燃料电池比目前的hybrid 蓄电池技术在能源使用效率上有多少优势。而且如果要推广燃料电池,首先催化剂就是个非常大的制约因素,这不光是因为铂的价格昂贵,更是因为铂的稀有和目前已经供不应求的现状。而蓄电池在这方面的制约因素就小很多。更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
    • 给大家读点新闻吧,看看实际情况是如何的
      本文发表在 rolia.net 枫下论坛今天(2008年6月17日)化了一个小时翻了翻Toronto Star报纸,下面做个新闻摘要。

      1、能源最近是热点话题
      (1)头版头条:加拿大距离多伦多80公里的一个小镇的核电厂的生产能力要翻倍,从目前的3500MW到6500MW,大约2012年开始动工,2018年竣工。这一个核电厂(安省还有其他的核电厂)目前就能满足安大略省20%的电力需求。另外目前世界最大的核电厂距离东京60公里,生产能力约8000MW。
      (我上网google了一下,铀的储量还是很充足的,满足未来100~200年的人类需求没有问题。这么看来,受控核聚变的需求还不是那么紧迫。)

      (2)油价少量下挫,因为沙特说要增产,不过大家仍然看高后市。通用在多伦多附近的一个生产皮卡和其他高油耗汽车的很大的工厂关门。

      (3)Toyota的Hybird生产告急,因为电池生产能力不够,短时间还无法建好新的生产线。
      另外Toyota正在和三菱重工合资新的金属锂电池生产线,2009年投产,下一代Hybrid叫Plug-in Hybrid,可以晚上插在插座上充电。

      (4)Honda的氢燃料电池汽车下线,计划未来3年内生产200辆(按产业化的思维看,处于小批量试制阶段)。
      该汽车重1.6吨(大约相当于桑塔纳的尺寸),充满一次气,可以开432公里。
      无污染,能量效率是目前Hybrid的2倍,目前普通汽油汽车的3倍。
      没说氢气的密度和总重量。看照片,车肚子里面有一个很大的氢气罐,有一个成人那么大。

      分析一下:
      1、能量可以化分为有线的能量和移动的能量两种。
      2、有线的能量最终会主要依赖核能,现在是核裂变,几百年后也许是受控核聚变。风能、太阳能的效率都太低,会成为一个补充,水电的比例稍微高一点。现在核能的比例约30%。化石燃料用完以后可能就是90%。
      现在家里的热水器多用天然气一类,因为化石燃料的成本比电的便宜,以后会倒过来。
      3、移动的能量的主力在未来50年之类就会从石油切换到氢气。
      Hybrid会成为基本模式,一方面储存刹车的能量,提高效率;二方面晚上充电,降低电力成本;但完全依赖充电很不现实,因为电池的技术有很多极限很难跨越,可能一部分超小型汽车会采用完全充电,但比例会比较低。
      首先是大量的汽车需要切换,从技术上说,氢燃料电池比氢燃烧发动机要简单。
      然后逐步飞行器切换,可能氢燃烧发动机会现实一些。
      氢气的来源主要是核电厂的电来电解水,大规模工业化生产氢气。氢气只是一个介质,把便宜的有线的能源用密度高的化学能存储起来满足移动的需求。
      至于是压缩氢气,还是液体氢气,还有很多其他细节,看未来几十年、几百年的技术发展吧,现在也看不了那么远。更多精彩文章及讨论,请光临枫下论坛 rolia.net
      • 你把“技术发展”看得太神了,都可以把热力学定律推翻了。
      • 感觉最可行的办法还是省,开小车加hybrid,发展公共交通。但是人的自私懒惰和政府的无能低效是最大的阻碍。
        • 没错,所谓的alternative energy或者Al Gore的什么'offset',实际上就相当于一个生活糜烂的人想到教堂里面忏悔来得救。而Al Gore自己就是环保伪君子里面的典范。
        • 石油总是要用完的。相信人类的智慧(这不是政治家的口号),在后石油时代,人类总是能想出办法来,避免重新回到原始社会。
          • 没错,但是这种荒唐的注意我看还是省省吧
            • 你老到底是搞工程的,还是是搞宗教的(比搞政治的更骗人)?你说说,石油用完了(也不是完全用完,就是越来越少,价格高到无法承受,例如1000美元1桶),人类社会会怎么样?
              现在社会是建立在便宜的石油上的。但同时,人类社会是一个闭环反馈系统。
              当能源危机到来,S&P 500从昨日的1500到今天的1200,再到5年后的500。人类社会会因为石油的稀缺受到重大挫折:移动的能源没有了,塑料、化纤、化肥的原材料出现问题。

              这时人类会不得不调整很多方面,例如私人汽车的减少和公共交通的壮大,低密度社区向高密度集中社会变化,垃圾的重复使用变得有利可图(从石油中提取塑料原料是1000美元1吨,从垃圾中提取是100美元1吨)等。
              • 您的意思是,既然这个世界现在有能源危机,所以我们要开发更消耗能源的”替代“能源?到底是谁没有工程学思想?我问你,你到底在相关领域有多少真才实学?
    • 刚刚从 the canadian electric vehicle technology roadmap for road transportation 的会议回来。 我正在参与北美第一辆电池运输卡车的研制。
      在会议上, 有很多对未来的方向的争论, 其中包括fuel cell and battery. 我的感觉是, 市场有最终的发言权。 一个新的技术的成功不仅仅依靠技术的本身, 还和成本, 当时的社会状态, 政府的政策 等等有很大关系。
      • 成功的根本是热力学三大定律。
        • 技术上成功的根本是热力学三大定律. 但是技术之外, 有很多其他因素. 正如微软的产品不是技术上最好, 但是是商业上最成功.
          我也涉及过FUEL CELL 的项目. 作为VEHICEL INTEGRATION ENGINEER, 我个人不喜欢FUCEL CELL. 和BATTERY VEHICLE 相比, FUEL CELL 更好的解决了快速燃料添加的问题. 但是FUEL CELL 有高压易爆, 对VEHICLE 整体的设计有更高的要求. 同时, 氢的来源和运输也是个大问题. 任何一次的能源转化都伴随着能源损失. 其实除去污染和有限的存量, 石油是至今为止最好的汽车燃料.
          • 我赞同你对fuel cell的看法,确切地说是对氢电池的看法。我说过,氢气根本不是能源,只是一种能量载体,而且作为能量载体它并没有多少优越性。而且我们在讨论能源利用效率的时候,还不要忘记在原材料上的限制