氢能是电动汽车中锂离子电池的替代品吗？

在我们这个要求很高的社会中，能源使用一直是一个主要问题，而我们已经习惯了石油、天然气和电力成为我们日常生活的一部分。“无限”获取能源已被视为理所当然，尽管人们担心气候变化并愿意减少碳排放，但事实上，从化石能源到可再生能源的过渡缓慢而分散。此外，许多决定都是在当地做出的，与该地区、国家或工会的其他部分合作很少或根本没有合作。因此，我们现在面临着缺乏全球战略的可再生能源部署，甚至可能更糟糕的是，没有真正考虑到大规模储能。

如今，特斯拉凭借锂离子 (Li-ion) 电池主导了电动汽车 (EV) 市场。该储能系统由 6,831 个单独的锂离子电池组成，汽车电池重约 900 磅，大小与汽车的后备箱差不多。

除了物理尺寸的限制外，锂离子电动汽车电池的化学成分也带来了新的挑战。车辆需要充电几个小时，而不是当前的老式汽油快速充电几分钟。充电时间和EV距离比是一项艰巨的挑战，限制了长途旅行。充电时间和 EV 距离比率将旅行限制在每天数百英里的短距离内。

有替代方案吗?

氢能

替代电力介质，如氢，解决了锂离子充电/距离比的挑战。一次加氢相当于当前的汽油充电时间。信不信由你，有几种氢源可供选择——例如黑色、灰色、蓝色和绿色——每种都需要不同的原料。

· 黑色——原料：褐煤或黑煤

· 灰色——原料：天然气

· 蓝色 — 原料：高温、高压和蒸汽

· 绿色——原料：水

黑氢是一种煤气化产物，其产生的 CO 2质量是氢气的 20 倍。灰色氢气来自天然气的蒸汽重整，产生十倍于氢气的CO 2 。“蓝色”氢是灰色或黑色氢，其中化石燃料工业正在大力促进过量的 CO 2。蓝色气体由氢气和碳原料如汽油或柴油制成。

绿色氢是唯一可行的氢源。它来自通过质子交换膜 (PEM) 电解装置的自来水。可再生能源将氧气和氢气分开。

制氢过程

创建氢源需要识别原料和生产过程。例如，绿色制氢的生产过程将电解过程应用于原料。

绿色制氢过程以水为原料开始。这个过程中的绿色能源来自风能和太阳能。电解过程将氢气从氧气中分离出来，并将氢气送到储存装置。顾名思义，绿色氢是环保的。可再生燃料途径具有三个组成部分：原料、生产过程和燃料类型。

因此，虽然锂离子电池是目前首选的电动汽车电源，但随着新技术的出现，新的存储选择正在开放。氢作为一种新的燃料场所就是一个很好的例子。

2020 年 7 月，欧盟能源系统整合和氢能战略的采用为实现完全脱碳、更高效和互联互通的能源部门铺平了道路，其雄心勃勃的目标是到 2050 年使欧盟实现能源独立和气候中和。从那时起，发生了很多活动，但乌克兰战争的政治局势已经重新洗牌，我们现在意识到我们的长期愿景和现实之间的差距有多大。

经常被讨论并被视为一种好奇心，对氢的兴趣，尤其是绿色氢，已成为人们关注的中心点，许多休眠项目已经开始实施。氢谷、氢走廊的创建以及一些行业从传统天然气向氢的转变显示了该领域的重大进展。可以肯定的是，这是一个重大的转变，需要大量的努力和投资，但也需要创新。在电解槽和燃料电池以及网络能源管理方面已经取得了许多改进。

氢气没有“灵丹妙药”，它应该被视为生态系统的一部分。如前所述，不仅要重新思考我们如何生产能源，还要重新思考我们如何运输和储存能源，这一点非常重要。电池组非常适合本地应用，但您如何存储足够的能量来为城市和工业提供数小时甚至数天的电力?我们知道将电转化为氢气然后再转化为电能并不是很有效;但是，当需求超过生产或网络无法向电网供电时，它可以提供替代解决方案。同样，最近的风旱迫使那些关闭核电站的国家现在不得不重启燃煤发电机以弥补能源不足。

同样，解决减少 CO 2排放、实现能源独立和维持健康社会发展的复杂方程式并没有什么神奇的力量。在考虑替代能源时，毫无疑问，核聚变可能是未来，但众所周知，尽管在这一领域取得了巨大进展，但我们距离将聚变发电机连接到电网还有数年的时间。事实上，核聚变发电距离我们还有 30 年，而且永远是这样，这是一个长期存在的笑话。尽管如此，最近的出版物告诉我们，在大规模 ITER 启动之前，我们可能会看到微聚变发生器兑现承诺。

作为一名电力电子工程师和技术狂人，我坚信并欣赏科学的力量以及我们面临的能源挑战。这些为我们提供了很大的创造力和创造力空间。