學過化學的同學,應該都會背一部分元素週期表,“氫氦鋰鈹硼碳氮氧氟氖鈉鎂…”。氫是排在第一位的元素,原子量為1.00794,是自然界最輕的元素,多數情況下以化合態存在。
電是能量的一種存在形式,除非在沒通電的偏遠地區,電在我們的生活中已經無處不在,無所不用。
具體到新能源汽車,到底最終用氫還是電,引起了很大的爭議,焦點集中在採用氫燃料電池還是採用電池儲能。
雖然儲能形式不同,但直接驅動電機的同樣都是電,這點沒有爭議。
什麼是最終的新能源形式,讓我們簡單地分析一下。
首先,生產環節。
電能的發電方式非常豐富,有火力發電、水力發電、核能發電、風能發電、太陽能發電等等。
目前有四種主流制氫方法,分別是化石燃料制氫、工業副產物制氫、電解水制氫、生物質制氫。與成熟的發電技術比較,制氫技術方式少,成本和原料關係較大。
其次,運輸環節。
電和氫都需要運輸,電直接運輸到使用端,氫需要中轉到加氫站。
目前電網已經非常成熟,覆蓋面非常廣。電的傳輸速度和光速一樣,瞬間可達。
氫氣的傳輸比較麻煩。如果透過管道運輸,就需要鋪設專門管道,此外還可以透過氣罐車運輸。這兩種方式的運輸速度相比電來說,用緩慢一詞毫不誇張。另外由於氫氣的爆燃點比較寬,在空氣中達到4%至75.6%的體積濃度,遇火源就會發生爆炸,所以對於管道和氣罐車的安全性要求比較高。同時對於汽車內儲氫要求也很高,試想一下,在空氣流通緩慢的地下停車場,如果有氫燃料電池汽車洩露氫氣,是很容易達到爆燃臨界濃度的。
由於電網已經是現成的,只需要加裝充電樁即可為汽車充電,費用低。而氫氣運輸需要氣罐車或者專用管道,造價高。
第三,儲存環節。
在氫的使用環節中,需要儲存兩次,第一次運輸到加氫站或者在加氫站直接生產儲存,第二次儲存在氫燃料汽車裡。
氫可以在加氫站直接生產,或者在工廠生產後透過管道、罐車送到加氫站先集中儲存起來,再為每一輛汽車加氫。一座加氫站的建設成本是加油站的3倍多,安全要求高於加油,運營成本也比加油站高。
而電池汽車則省去了第一次集中儲存這一環節,直接將電能儲存到每一臺汽車裡,充電樁可以建設到停車場,相對分散,對環境幾乎沒有什麼要求。使用維護成本比氫低得多。
儲存於車內的氫燃料電池儲能密度明顯大於鋰電池。由此帶來氫燃料電池加氫只需要3至5分鐘,就可以達到快速充電1小時以上的續航里程。據研究,鋰電池成本最終可突破1000元/kwh,當燃料電池規模達到550萬套時,預計可實現成本200元/kwh。
對於氫燃料來說,洩露與控制是其電池系統安全隱患的主要來源,屬於物理層面,而鋰離子電池的安全隱患則主要來自於不易控制的鏈式反應,屬於化學層面。
由此可見,氫的儲能密度較電優勢非常大,但安全性不如電池。
第四,回收環節。
氫燃料電池的汙染小,而鋰電池的重金屬汙染嚴重,回收難度大。
如果為這兩種能源加權打分的話,滿分100,其中生產佔比20,運輸佔比20,儲存佔比30,回收佔比20,其他佔比(如政策等因素)10的話,氫生產10,運輸10,儲存10,回收18,其他6,總分54;電生產18,運輸18,儲存10,回收10,其他8,總分64。可見,電應該是新能源汽車的最終形式。
以上就是我們依據現有的技術和資源、基礎設施等要素,預測10年20年,甚至30年後的新能源方向,然而在這一週期內,不可預見因素非常多,也許某一項技術的突破,會使得結果反轉。如果超越了這一時間跨度,可能最終不是電池也不是氫,有可能是可控核聚變,這就不在我們的討論範圍之內了。