上週，周小刊的朋友圈裡一則《水氫發動機在南陽下線，市委書記點贊》的新聞刷屏了。這則報道指出，已正式下線的水氫發動機由青年汽車集團於2017年8月發佈。這款 “全球首輛水氫燃料汽車”號稱可以通過一種特殊的催化劑將水轉換成為氫氣，在不加油、不充電、只加水的情況下，實現水氫燃料汽車續航里程超過500公里、轎車超1000公里。

在南陽洛特斯新能源汽車有限公司廠區展示的“水氫發動機車”（圖片來源：新華社）

水變氫，並不難

在充滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發生電化學反應，分解成氫氣和氧氣。

2H₂O＝2H₂↑+O₂↑

反應遵循法拉第定律，氣體產量與電流和通電時間成正比。

在一些電解質水溶液中通入直流電時，分解出的物質與原來的電解質完全沒有關係，被分解的是作為溶劑的水，原來的電解質仍然留在水中。例如硫酸、氫氧化鈉、氫氧化鉀等均屬於這類電解質。

在電解水時，由於純水的電離度很小，導電能力低，屬於典型的弱電解質，所以需要加入前述電解質，以增加溶液的導電能力，使水能夠順利地電解成為氫氣和氧氣。

然而，請注意，南陽的水氫燃料汽車在不加油、不充電、只加水和特殊催化劑的情況下就能跑。小編好像看到了永動機。

水氫電池的真相

水氫電池之前也有過報道，是甲醇-水蒸氣重整氫燃料電池。

所謂甲醇-蒸汽重整制氫，就是甲醇與水蒸氣在一定的溫度、壓力條件下通過催化劑的作用生成氫氣、二氧化碳和一氧化碳，此後，產氣如果要進入燃料電池，需要將產氣再通過變換反應以及純化步驟去除其中的一氧化碳，最後不含一氧化碳的富氫氣體才能進入質子交換膜燃料電池。

中國科學院大連化學物理所在甲醇重整制氫和燃料電池電池應用方面頗有建樹。同時，中國也有一批採用上述技術進行燃料電池應用的公司。

氫從哪裡來？

國際氫能源委員會發布的《氫能源未來發展趨勢調研報告》預測，到2050年，氫能源需求將是目前的10倍，預計到2030年，全球氫能燃料電池乘用車將達到1500萬輛。

清華大學核能與新能源技術研究院教授、國際氫能協會副主席毛宗強在接受周小刊採訪時曾表示，我國每年生產氫氣2000多萬噸，已連續多年位居世界第一。氫氣製備包括多種途徑：

化工原料制氫

即通過甲醇、乙醇、液氨等原料分解制氫；

石化原料制氫

即使用石油、煤炭、天然氣等資源和水蒸汽反應；

電解水制氫

即通過電解水分解為氫氣和氧氣，可利用太陽能和風能發電降低CO₂排放。

據毛宗強介紹，國內95%~96%的氫氣來自化石能源，例如煤炭、天然氣和石油。國際上天然氣制氫路徑較多，國內由於天然氣短缺且成本較高，所以以煤制氫為主。相比之下，在多種制氫工藝中，煤制氫成本最低，但汙染也最為嚴重。如今溫室氣體減排已經引起國際社會的高度關注，利用氫能時需要考慮環保因素。煤制氫工藝，生產1公斤氫氣排放20公斤CO₂；天然氣制氫工藝，生產1公斤氫氣排放5公斤CO₂。

“各地稟賦不同，我們提倡因地制宜利用氫能。基於能源與環保的考慮，我們主張利用國內現有的副產氫，例如氯鹼副產氫以及焦爐煤氣副產氫。與此同時，氫能和可再生能源耦合也是未來的發展趨勢。目前許多地區風電、光電等供過於求，過剩的發電能力可以通過電解水生產氫能，即通常所說的P2G模式。”毛宗強表示。

國家發改委能源研究所研究員劉堅指出，我國化石能源制氫和工業副產氫已具相當規模，鹼性電解水制氫技術成熟，固體質子交換膜電解水（SPE）制氫和固態氧化物電解水（SOEC）制氫仍處於技術研發階段。未來清潔能源制氫是氫能產業可持續發展的重要基礎，降低可再生能源制氫成本仍然存在挑戰。

氫燃料電池車前路漫漫

劉堅表示，我國氫能工業雖然具備一定產業基礎，但氫能的高成本、基礎設施不足和標準體系不完善更是各國發展氫能所面臨的共同挑戰。並且國產燃料電池產品總體功率密度、系統功率、耐久性還較低，質子交換膜、催化劑、膜電極等燃料電池關鍵材料和核心部件、高壓比空壓機、氫氣循環泵等系統關鍵設備進口依賴度高，且生產能力不足，產品價格較高。

除了技術方面的不足，毛宗強認為，國家的政策不明朗也阻礙了氫能產業的發展。2014年11月，國家提出對符合國家技術標準且日加氫能力不少於200公斤的新建燃料電池汽車加氫站，每站獎勵400萬元，但執行一年之後沒有持續推進。但地方政府在這方面比國家層面超前。例如，佛山對新建固定式加氫站最高補貼800萬元，加氫站運營也可以獲得相應補貼。此外，我國加氫站建設的審批程序也不明確，妨礙了加氫站建設的步伐。

與此同時，當前氫能產業呈現“一窩蜂”上項目的苗頭。一些地方政府，在沒有做好技術調研和市場分析的情況下，盲目跟風引進項目。毛宗強希望產業發展能夠更加腳踏實地，“雖然今天要依靠政府的扶持，但也要為將來實現市場化早做打算。”

文章來源：中國化工信息週刊 官方微信，更多化工信息請關注微信：中國化工信息週刊（ID：CCN-weekly）