青年汽車的“水氫發(fā)動(dòng)機(jī)”到底是什么原理？

5月23日，南陽(yáng)日?qǐng)?bào)的一則《水氫發(fā)動(dòng)機(jī)在南陽(yáng)下線，市委書記點(diǎn)贊！》報(bào)道發(fā)出后，旋即引發(fā)輿論爭(zhēng)議。文章稱，“水氫發(fā)動(dòng)機(jī)在我市正式下線啦，這意味著車載水可以實(shí)時(shí)制取氫氣，車輛只需加水即可行駛。”

文中所指的水氫發(fā)動(dòng)機(jī)系浙江青年汽車集團(tuán)（下稱“青年汽車”）所有。對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)，多位專家向媒體表示，水氫發(fā)動(dòng)機(jī)有炒作嫌疑，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上并不科學(xué)。

5月24日下午，青年汽車方面向澎湃新聞書面回應(yīng)稱，“車載水解制氫氫能源汽車不是光加水的，是反應(yīng)物在我們研究的催化劑作用下，和水反應(yīng)實(shí)時(shí)制氫，氫氣經(jīng)過(guò)氫燃料發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電，經(jīng)過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輛，使車輛行使?！?

也就是說(shuō)，原來(lái)的水氫發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確的叫法應(yīng)該是“水解制氫鋁合金”技術(shù)。

查詢發(fā)現(xiàn)，青年汽車的水解制氫鋁合金技術(shù)由湖北工業(yè)大學(xué)通過(guò)專利授權(quán)而得。今年4月，湖北工業(yè)大學(xué)科技與產(chǎn)業(yè)處公示信息顯示，該校擬將“一種水解制氫鋁合金及其制備方法”（專利號(hào)：ZL201610564832.5）、“一種水解制氫鋁合金及其制備方法和應(yīng)用”（專利申請(qǐng)?zhí)枺?01910117543.4）兩項(xiàng)專利獨(dú)家授權(quán)給南陽(yáng)市青動(dòng)能源科技有限公司在其運(yùn)營(yíng)期間使用，公示期為2019年04月17日至2019年04月19日。

隨后，湖北工業(yè)大學(xué)材料與化學(xué)學(xué)院該技術(shù)專利的發(fā)明人向澎湃新聞?dòng)浾咦C實(shí)，南陽(yáng)“水氫汽車”所用的關(guān)鍵技術(shù)正是來(lái)自于該學(xué)院的研究。

雷鋒網(wǎng)新智駕檢索這項(xiàng)名為“水解制氫鋁合金”的專利發(fā)現(xiàn)，該發(fā)明在技術(shù)領(lǐng)域上屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水解制氫鋁合金及其制備方法和應(yīng)用。發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提出一種與添加Ga或In制氫鋁合金產(chǎn)氫性能相當(dāng)，但成本相對(duì)較低的水解制氫鋁合金。

為降成本而來(lái)

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)信息顯示，我國(guó)制氫鋁合金的技術(shù)專利最早由陜西科技大學(xué)于2014年12月提出申請(qǐng)，專利公開日為2016年10月。在此項(xiàng)專利公開日之前，湖北工業(yè)大學(xué)也于2016年7月份提出“一種水解制氫鋁合金及其制備方法”的專利申請(qǐng)。今年2月，湖北工業(yè)大學(xué)的原班人馬再次提出名稱相同的專利申請(qǐng)。

雷鋒網(wǎng)新智駕對(duì)比發(fā)現(xiàn)，陜西科技大學(xué)的專利內(nèi)容中，制氫鋁合金的制備思路主要是，在純鋁中引入多元低熔點(diǎn)合金Ga、In、Sn、Bi，鋁合金內(nèi)部少部分的Ga、In、Sn、Bi元素在析出α-Al相的過(guò)程中與Al形成了固溶體，大部分Ga、In、Sn、Bi元素則以偏析相的狀態(tài)存在于α-Al相晶界處，破壞Al2O3氧化膜，同時(shí)提高鋁的電極電位，降低成本，另外，通過(guò)預(yù)合成方法，提高合金材料的均勻性，以提高材料制氫效率。

在技術(shù)方案中，陜西科技大學(xué)的制備方法分為三個(gè)步驟：

（1）將純度大于99%的金屬Al錠、Bi錠以及Ga-In-Sn三元合金按配比準(zhǔn)確稱量配料，Al：92.5%-98.5%，Bi：0.5%-2.5%，Ga-In-Sn三元合金：1%-5%，其中三元合金中Ga-In-Sn質(zhì)量百分含量比為13:65:22;

（2）將步驟(1)中所稱量的金屬Al錠置于坩堝中，在高溫爐內(nèi)保持升溫速度15～20℃/min，加熱至710-780℃熔化，再將對(duì)應(yīng)比例的Bi錠及Ga-In-Sn三元合金倒入，并同時(shí)用攪拌棍把合金熔體攪拌均勻，并保溫1-2小時(shí);

（3）將步驟(2)所得鋁合金熔液進(jìn)行除渣并在模型中澆注，所得材料自然冷卻即為制氫鋁合金。

而湖北工業(yè)大學(xué)的專利技術(shù)則主要是為了降低制氫鋁合金的成本。其表示，“中國(guó)專利CN104451214B、CN106191541A、CN105970031A和CN106011554A分別公開相關(guān)水解制氫鋁合金及制備方法，上述專利的制氫鋁合金的原料中，均使用了低熔點(diǎn)的Ga或In，由于Ga、In的成本較高從而導(dǎo)致制氫鋁合金成本相應(yīng)上升，從而提高了制氫成本?！?

在湖北工業(yè)大學(xué)的技術(shù)方案中，提供的水解制氫鋁合金由以下質(zhì)量百分含量的原料組成：Al 90～95wt%和添加劑5～10wt%;所述添加劑為金屬單質(zhì)、金屬氧化物和金屬氯化物中的一種或多種。制備方法包含兩個(gè)步驟：

S1.按質(zhì)量百分比稱取原料;

S2.按比例稱量好原料和磨球，在惰性氣體保護(hù)下將所述原料球磨混合均勻后，在惰性氣體保護(hù)下取出，即得到水解制氫鋁合金。

湖北工業(yè)大學(xué)在專利中表示，為了考察制氫鋁合金在不同水質(zhì)中的產(chǎn)氫性能，選擇實(shí)施例7在海水、生活污水、自來(lái)水和礦泉水中進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，本發(fā)明得到的鋁合金在海水、生活污水、自來(lái)水和礦泉水中均能正常水解制氫，該鋁合金在海水中的產(chǎn)氫量可達(dá)到1274mL/g，在生活污水中的產(chǎn)氫量可達(dá)到1190mL/g，在自來(lái)水中的產(chǎn)氫量可達(dá)到1247mL/g，在礦泉水中的產(chǎn)氫量可達(dá)到1225mL/g。比較例1中產(chǎn)氫量為1210mL/g。

距離商業(yè)應(yīng)用還有多遠(yuǎn)?

早在2000年，燃料電池汽車就被我國(guó)列為新能源汽車的“三縱三橫”戰(zhàn)略之一。不過(guò)，目前這一技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用仍未大規(guī)模展開。數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)去年全年的氫燃料電池汽車產(chǎn)量?jī)H達(dá)到1619輛。

根據(jù)《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書（2016）》預(yù)計(jì)，到2020年，我國(guó)燃料電池車輛將達(dá)到1萬(wàn)輛;到2030年，燃料電池車輛保有量將達(dá)到200萬(wàn)輛。這意味著氫燃料電池車將迎來(lái)一輪真正的爆發(fā)。

不過(guò)，當(dāng)前阻礙氫燃料電池汽車大幅推廣的原因，一方面在于氫燃料電池技術(shù)的自身發(fā)展，另一方面在于加氫站高昂的建站成本。

湖北工業(yè)大學(xué)此項(xiàng)專利發(fā)明的相關(guān)人士向澎湃新聞表示，“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，它的原理是鋁合金材料的水解反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，氫氣和燃料電池堆作用產(chǎn)生電能的過(guò)程，是從化學(xué)能量轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，光有水是沒(méi)用的，還需要制氫材料。網(wǎng)上說(shuō)的“水氫發(fā)動(dòng)機(jī)”這個(gè)說(shuō)法是不科學(xué)的，本質(zhì)上不是發(fā)動(dòng)機(jī)，是一個(gè)車載制氫系統(tǒng)?！?

雷鋒網(wǎng)新智駕注意到，目前制備氫氣主要有分解水制氫、微生物制氫、鋁水反應(yīng)制氫幾種技術(shù)，但在實(shí)際的商業(yè)化應(yīng)用中，均面臨電流效率不高、制備工藝復(fù)雜和成本較高等問(wèn)題。如果要運(yùn)用在汽車上，還需要將氫氣通過(guò)長(zhǎng)管拖車從氫源地運(yùn)輸至加氫站，經(jīng)由氫氣壓縮機(jī)增壓后儲(chǔ)存至站內(nèi)的高壓貯氣罐中，再通過(guò)氫氣加氣機(jī)為燃料電池汽車加注氫氣。

“正鋁具有資源豐富、價(jià)格低廉、易保存、水解產(chǎn)氫量大(124 4mLg~(-1))等特點(diǎn),是 NaBH_4 水解產(chǎn)氫的理想替代品。本文用機(jī)械球磨法制備了系列鋁合金,并對(duì)其與水反應(yīng)產(chǎn)氫的性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：錫和鉍能提高鋁的活性,其與鋁形成的合金能在常溫下與水反應(yīng)。但鋁錫合金在常溫下與水反應(yīng)速度緩慢,而鋁鉍合金能與水迅速反應(yīng),產(chǎn)氫率可達(dá)80%?！敝锌圃捍筮B化學(xué)物理研究所發(fā)布的《移動(dòng)氫源用鋁合金制氫技術(shù)研究》指出。

一旦水解制氫鋁合金的技術(shù)真正實(shí)現(xiàn)，理論上的確可以繞過(guò)加氫站對(duì)車輛進(jìn)行直接供氫，但問(wèn)題是，制鋁合金是否真的如其所說(shuō)可以降低制氫成本?