內(nèi)燃機(jī)汽車(內(nèi)燃機(jī)汽車是誰(shuí)發(fā)明的)

新能源汽車除了電動(dòng)車，還有拿氫氣當(dāng)燃料的車。你聽說(shuō)過(guò)嗎？

氫氣，就是充到氣球里，讓氣球飄起來(lái)的氣體？燒氫氣的汽車，難道要上天？

要是這樣，那可是把氫氣看得太輕了。這種氣體不僅能充氣球，還能燃燒，而且燃燒的產(chǎn)物只有水，可以說(shuō)是一種絕對(duì)清潔的燃料。

所謂內(nèi)燃機(jī)，顧名思義，是讓燃料在自己肚子里燃燒的機(jī)器。

燃料燃燒時(shí)會(huì)放出熱能，這種熱能使空氣膨脹，膨脹的空氣又會(huì)推動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的零件開始運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣又把熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。這樣一番能量轉(zhuǎn)換，汽車、飛機(jī)、輪船就跑起來(lái)了。

所以，從內(nèi)燃機(jī)的設(shè)計(jì)原理上來(lái)說(shuō)，只要能夠燃燒的東西，都可以塞到它肚子里作為燃料。我們?nèi)粘Ｗ钍煜さ钠嚕瑒?dòng)力來(lái)源就是使用汽油作為燃料的內(nèi)燃機(jī)。

1883年，德國(guó)科學(xué)家戴姆勒發(fā)明了第一臺(tái)汽油內(nèi)燃機(jī)。內(nèi)燃機(jī)伴隨著人類文明的工業(yè)化飛速發(fā)展。到了今天，即使面臨著電力的挑戰(zhàn)，仍然在各行各業(yè)當(dāng)中穩(wěn)居扛鼎大哥的位置。

但是，汽油畢竟是一種不可再生的資源。這可不是科學(xué)家說(shuō)來(lái)嚇唬人的，而且，汽油在不完全燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生污染，產(chǎn)生一氧化碳、氮氧化物等等有毒氣體，至于粉塵和煙霧就更免不了了。隨著城市越來(lái)越大，城市里的車輛越來(lái)越多，早晚高峰越來(lái)越堵，一排排汽車停在馬路上冒廢氣這件事，對(duì)環(huán)境和健康的危害也就越來(lái)越大。

因此，為了兼顧動(dòng)力與環(huán)保，有一些科學(xué)家提出，還要內(nèi)燃機(jī)，但不要汽油內(nèi)燃機(jī)。也就是說(shuō)，尋找更好的燃料來(lái)替代汽油。

氫氣，似乎就是這樣一個(gè)種子選手。

首先，氫氣作為燃料是絕對(duì)環(huán)保的。

氫氣在氧氣中燃燒，生成的產(chǎn)物只有水。在水中加入鹽溶液，再施加電力，水又會(huì)分解為氫氣和氧氣。理論上來(lái)講，整個(gè)過(guò)程不會(huì)產(chǎn)生任何有害物質(zhì)。

其次，氫氣的熱值極高。熱值是一個(gè)用來(lái)評(píng)估燃料放熱效率的物理量。同等質(zhì)量的燃料燃燒時(shí)，釋放的能量越大，它的熱值就越高，推動(dòng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力就越強(qiáng)。

在人類現(xiàn)有的燃料中，除了核燃料，就屬氫氣的熱值最高，比汽油高三倍。也就是說(shuō)，同樣的汽車使用一公斤氫氣做燃料跑的距離，能比用一公斤汽油長(zhǎng)三倍。

當(dāng)然，使用氫氣做燃料，肯定不可能在車屁股后邊掛一串氫氣球，而是要將氫氣制成液化氣，再把裝有液化氫氣的氣瓶裝載到車上。

早在1807年，瑞士科學(xué)家就著手研發(fā)使用氫氣做燃料的內(nèi)燃機(jī)。直到1972年，美國(guó)的洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室終于將一輛小轎車改造成了真正的氫內(nèi)燃機(jī)車，在發(fā)動(dòng)機(jī)里充滿了液化的氫氣之后，這臺(tái)車開了274公里。

這個(gè)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室可不簡(jiǎn)單，它是美國(guó)三大實(shí)驗(yàn)室之一，世界上第一個(gè)原就是它研制的。因此，水平稍微差一點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)室都難以復(fù)制他們的成功，更別提把這款車量產(chǎn)了。

不過(guò)，看到他們的成功，蘇聯(lián)、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，還有我國(guó)都對(duì)氫內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生了興趣，在上個(gè)世紀(jì)七十年代到八十年代初紛紛展開自己的研究。不過(guò)，很長(zhǎng)一段時(shí)間里，大家的產(chǎn)品還是只能在實(shí)驗(yàn)室里跑一跑。

終于，在2006年，福特發(fā)布了一款氫內(nèi)燃機(jī)公交車E-450，這款車搭載V-10 型號(hào)氫能內(nèi)燃機(jī)，能儲(chǔ)存6.8升氫氣。這款車首先被投放到美國(guó)弗洛里達(dá)州，隨后也進(jìn)入其他北美城市，由此標(biāo)志著氫內(nèi)燃機(jī)車正式進(jìn)入人們的生活。

在2008年的北京國(guó)際車展，我國(guó)也出現(xiàn)了第一款氫內(nèi)燃機(jī)跑車。這款車的設(shè)計(jì)由北京理工大學(xué)的團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，仍屬概念車，然而表現(xiàn)良好。使用壓縮氫氣做燃料的情況下，性能與燃油車持平，燃料利用率高出燃油車，充滿氫氣之后續(xù)航距離達(dá)到230公里。其他國(guó)內(nèi)車企也不遑多讓，紛紛推出自己的氫能發(fā)動(dòng)機(jī)。

其他車企巨頭也都踏入氫內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，例如寶馬在2007年推出的Hydrogen 7，還有馬自達(dá)的氫/汽油雙燃料MazdaRX-8。2021年，豐田公司甚至將一輛直接燃燒氫氣的賽車開進(jìn)耐力賽賽場(chǎng)，這臺(tái)車的發(fā)動(dòng)機(jī)專門為適應(yīng)氫氣燃料改造了噴嘴和火花塞，以保證燃料利用率。

不僅汽車，連造飛機(jī)的空客公司也開了新聞發(fā)布會(huì)，聲稱要在2035年投入使用零排放飛機(jī)。這款飛機(jī)以空客A380為基礎(chǔ)，搭載CFM 發(fā)動(dòng)機(jī)公司為它專門研發(fā)的氫內(nèi)燃機(jī)和液態(tài)氫氣儲(chǔ)氣罐，將在2026年首次試飛。

一時(shí)間，氫內(nèi)燃機(jī)頗有做大做強(qiáng)的勢(shì)頭，眼看要成為下一個(gè)風(fēng)口了。但是，在我們的日常生活中，卻很少聽說(shuō)誰(shuí)家真的買了氫氣做燃料的汽車，連事事趕時(shí)髦的大明星，也沒(méi)見誰(shuí)有這么一臺(tái)能上天的車。

那么，是哪里出了問(wèn)題呢？

要使用氫氣做燃料，首先要獲得大量的氫。然而，目前工業(yè)上大規(guī)模制備氫氣的方法很難滿足將氫氣作為燃料的需要。

工業(yè)制備氫氣的方法主要有電解水、裂解天然氣、將水蒸氣通過(guò)灼熱的煤等幾種方法。后兩種方法本身就會(huì)產(chǎn)生大量污染，與環(huán)保的目的背道而馳，只有電解水看起來(lái)還像那么回事。

電解水制氫，需要在水中加入硫酸鹽等鹽類物質(zhì)，將水變成鹽溶液再將直流電通入水中，這樣制得的氫氣純度極高。可是，電是要錢的啊！

要制備1標(biāo)準(zhǔn)立方的氫氣，按照工業(yè)電價(jià)估算出的成本在3.7元左右。而1標(biāo)準(zhǔn)立方天然氣的價(jià)格雖說(shuō)各地不同，不過(guò)總歸在2到3元左右。

天然氣本身就是一種燃料，既然氫氣這么貴，為什么不直接燒天然氣算了？

再說(shuō)，天然氣做動(dòng)力的車，咱老百姓還更熟悉呢。

沒(méi)錯(cuò)，有些駕齡的老司機(jī)可能還記得，天然氣汽車或者叫燃?xì)馄嚧_實(shí)有一陣子風(fēng)頭很盛，看起來(lái)像是要取代燃油車，成為新一代車型。可是，燃?xì)馄嚥](méi)有大規(guī)模推廣開來(lái)，現(xiàn)在更是幾乎銷聲匿跡了。

燃?xì)馄囋?jīng)遇到的困境，也是氫氣汽車不得不面對(duì)的挑戰(zhàn)。

首先，氣態(tài)燃料的能量密度比汽油、柴油等液態(tài)燃料低。也就是說(shuō)，無(wú)論怎么壓縮、液化，相同大小的儲(chǔ)氣罐和儲(chǔ)油罐，前者能儲(chǔ)存的能量更少，這就進(jìn)一步導(dǎo)致氣態(tài)燃料車的續(xù)航能力降低。

其次，曾經(jīng)的燃?xì)馄嚢l(fā)動(dòng)機(jī)往往是從汽油發(fā)動(dòng)機(jī)改制而來(lái)，對(duì)氫氣的利用效率低。從使用感受上來(lái)說(shuō)，就是動(dòng)力不如直接燒汽油。

最后，則是司機(jī)們心里繞不過(guò)去的坎：安全。

從數(shù)據(jù)上來(lái)看，氫氣的燃點(diǎn)超過(guò)650℃，而汽油的燃點(diǎn)只有427℃，萬(wàn)一不幸發(fā)生事故，汽油其實(shí)比氫氣更容易引發(fā)火災(zāi)。另外，氫氣在空氣中的爆炸極限是4.0%到75.6%，也就是說(shuō)，空氣中至少混有4.0%的氫氣才會(huì)引發(fā)爆炸。而汽油的爆炸極限是1%到7%，在空氣中混有1%的汽油就足以引發(fā)爆炸。所以，數(shù)據(jù)能夠證明氫氣作為燃料的安全性優(yōu)于汽油。

類似的爭(zhēng)論在天然氣和汽油之間也存在過(guò)。然而，實(shí)驗(yàn)室里的數(shù)據(jù)畢竟比不上老司機(jī)揣在自己心里的賬本，在油改氣時(shí)代，不少出租車師傅都將自己的燃?xì)廛噾蚍Q為“移動(dòng)”。購(gòu)置私家車的車主在想到老婆孩子時(shí)，也老老實(shí)實(shí)換成了純?nèi)加蛙嚒?/p>

那么，氫氣這種絕對(duì)環(huán)保的燃料，真的沒(méi)有機(jī)會(huì)發(fā)光發(fā)熱了嗎？

科學(xué)家們肯定不會(huì)這么知難而退，否則就不會(huì)有人類文明了。

不少對(duì)氫能源富有信心的科學(xué)家踏上了另一條賽道：氫燃料電池。

氫燃料電池是一種通過(guò)充入氫氣來(lái)維持電力的電池，本質(zhì)上也是依賴化學(xué)反應(yīng)的燃料電池，只不過(guò)這種燃料是氫氣，產(chǎn)物只有水，相比于傳統(tǒng)電池和充電電池都更加環(huán)保。

這種電池的原理是使氫氣通過(guò)一種帶有催化劑的膜。在催化劑作用下，氫氣從電池陽(yáng)極通過(guò)膜之后，氫氣分子失去了帶負(fù)電的電子，只有帶正電的質(zhì)子通過(guò)了膜，到達(dá)陰極。這些失去的電子則會(huì)通過(guò)外部電路到達(dá)陰極，與空氣中的氧氣反應(yīng)變成水。這樣，就將氫氣內(nèi)部蘊(yùn)含的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為了電路中的電能。

這個(gè)過(guò)程聽上去極為科幻，不過(guò)，這種電池已經(jīng)幫助人類完成了一個(gè)小項(xiàng)目。那就是美國(guó)的阿波羅計(jì)劃。1971年，阿波羅15號(hào)計(jì)劃將兩名宇航員送上月球，他們所駕駛的登月車正是由氫燃料電池提供動(dòng)力。

在上個(gè)世紀(jì)，氫燃料電池車的最高時(shí)速就能達(dá)到101公里以上，續(xù)航能力更是超過(guò)190公里。

如今，氫燃料電池更頻頻出現(xiàn)于各大車企的明星產(chǎn)品之中，例如豐田推出的Mirai。奔馳更是在2020年發(fā)布了使用氫燃料電池的概念卡車。

但是，困擾氫燃料電池的難題仍然是造價(jià)，因此相應(yīng)車型售價(jià)也高，只有少部分人群能夠嘗鮮，難以向大眾推廣，這又導(dǎo)致了例如加氫、維修保養(yǎng)等配套服務(wù)的不完善。有些企業(yè)也因?yàn)槭袌?chǎng)前景不明朗而中斷了氫燃料電池車型的研發(fā)，轉(zhuǎn)投電力汽車。

看來(lái)，氫能源雖然美好，但是想要從展示臺(tái)來(lái)到我們身邊，還有很長(zhǎng)的一段路啊。