水能变燃料?丰田告诉你这事已经实现了!

来源:腾讯汽车 作者: 发表时间:2016-10-19 16:48

水能变燃料?丰田告诉你这事已经实现了!

石油这种黑色黄金,在发现之初并不受人重视,但随着人类科技的进步,内燃机的发明,使它成为代替蒸汽时代的重要角色。如今的世界越来越依赖石油能源,基本上所有你能看到的人造物品都离不开它。

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从牙刷、手机、笔记本到汽车、飞机、摩天大楼,这些改造地球的东西大部分都是直接或间接由石油提供的,而它并不是取之不尽用之不竭的。所以,很多国家都想方设法找到能替代石油的新能源,比如太阳能、风能、水电、核能等,它们都能源源不断的产生电力,用于工业生产或者生活用电。

但是,这些电用在汽车上却并不方便,充电时间长、续行里程短、充电站的建设等弊端让电动汽车的使用受到很大制约。说简单点儿,其实还是归结于电池技术。目前还没有能真正量产的大容量快充电池,能满足人们对电动汽车的需要。所以,丰田汽车正在致力于解决电动汽车的核心问题——电池,目前的锂电池的能量密度为200wh/L,而丰田正在研发400wh/L的固体电池,当没有划时代的电池出来之前,丰田汽车只力求将油电混动做到极致,而且确实已经很极致了。

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在对电池深入研究的同时,丰田汽车一直都没有放弃纯电动汽车的研发,但与其他大部分汽车厂商大相径庭的是,丰田采用的是一套燃料电池技术。虽然这个燃料电池也带着“电池”两个字,但其实它并不是能充放电的普通电池,而是一套发电设备。举个例子来说,核电站的燃料是放射性元素棒,燃料电池的燃料则是整个宇宙中到处都有的最基本的元素——氢。单独的氢原子是非常强的还原剂,自然界中只有在极端环境中才会存在被电离的单独的氢原子,而两个氢元素结合在一起便成了氢气,这种稳定的物质才能当做燃料。

在传统的认知中,氢气与氧气能够发生剧烈化学反应——燃烧,并生成唯一的产物水,其中释放出大量的热量。这就是氢内燃机的工作原理,但由氢能转化成热能的方式,不仅能源转换效率低,氢燃料很快耗尽,载满氢气的油缸只能行驶数英里,而且安全性方面也很难保证。

那么,丰田是如何做到兼顾安全,同时提高能效的呢?那便是在一个完全不产生任何“燃烧”的可控的化学反应过程中,将氢能转化成电能。将氢气作为还原剂,而空气中的氧则承担了氧化剂,氢气将电子释放给氧气,生成唯一的产物水。这样一来,鱼和熊掌终能兼得了。

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在这个过程中,电子发生了转移,而这种转移就是我们所说的电流,有了电流就可以驱动电动机产生动力。再通俗一点儿,就是丰田汽车将氢气与氧气的“燃烧”变得完全看不到火苗,很平静而且有可持续性,而这种能控制的“燃烧”非常安全,同时产生大量的电力。这一整套的过程看似非常简单,但真正实现确是非常难的事情。

二十多年磨一剑——丰田MIRAI

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丰田汽车从1992年就开始研究这套燃料电池的技术,在进行了不断的研发和改进后,丰田的燃料电池的发电效率到达了业界顶峰,并与2014年生产出真正能够量产和实用化的燃料电池汽车——MIRAI,而它也成为全世界第一款量产的燃料电池汽车。

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MIRAI采用了创新的氢能源,相比传统的依靠充电的纯电动汽车来说,MIRAI最大优势就是自己发电,而且补充氢气与加油一样方便,只需要3分钟便可以充满,充满一次可以行驶650公里。除此之外,MIRAI还可以充当真正的移动发电站,其发电功率甚至可以满足一个普通家庭用电的需要,当你家停电时也不会害怕了。

水竟能变成燃料——氢气的产生

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也许看到这,大家都知道氢能源以及燃料电池车有多棒,但是问题来了,氢气从哪来?丰田汽车的给出了整套的解决方案。首先,最容易获得的途径就是水。地球上无所不在的水资源,成为燃料电池取之不尽用之不竭的能源来源之一。而学过出众化学的人都知道,通过电解水可以产生氢气和氧气。

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那么问题又来了,电从哪来?丰田利用的是风能、太阳能、水电等可再生能源发出来的电来电解水,从而将水变成了燃料电池的燃料。用电解水的方式需要一定的电力,看上去似乎是在浪费能源,但并不是这样的。电能通过电网传输,比成品汽油通过陆地交通运输的成本要大大降低,效率要高得多,而这个过程也不产生任何碳排放,也就是说没有石油能源的消耗。从整个生产环节考虑,电解水的方式并不会消耗过多的能源。除此之外,获得氢气的途径还有很多。通过褐煤、下水道污泥甚至是牛粪,都可以通过一系列的化学反应产生氢气,将废物利用供燃料电池车行驶。

打造纯净的氢社会

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目前氢能源的普及率还远远不敌石油,但是在未来,随着电能生产的高效化和更大的规模化,氢,这个宇宙中到处都有的基础物质,可以说是最理想的能源之一。充分利用电能和氢能循环的社会,将会给人类和地球带来可持续发展的美好未来。

编辑:晓航
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