为什么目前搞电动力汽车产业化是不行的? Unknown 2010/04/02

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有网友说:“资本的性质,决定了他们这些传统汽车产业资本家和国内买办会以各种形式疯狂的阻挠电动汽车发展!”。这位网友的说法可能代表了一部分网友的意见。

还有一些网友则认为:化石能源迟早要用完,所以必须找到替代能源。

上面这两个说法,都是无法用来支持电动力汽车的。
我们先要明白:电能本身不是能源,而是从别的能量转化过来的。
所以,使用电动力并不能解决能源问题,能源还得从别处找。
若说化石能源迟早要用完,那么,原子能燃料也迟早要用完,而水力发电和风力发电的潜力并不多,太阳能发电又受到技术上和客观条件的限制而难以推广,可控热核反应至少在几十年内还看不到希望,如果每年的能量消耗仍然像如今这样不断增长,那么,能源问题的解决其实是没有办法的。

下面就来谈谈电动力本身的问题。其实,电池成本只是一个方面,主要还是电池的体积能量密度问题。

美国前总统小布什刚刚上台的时候,曾经宣称要搞以“氢能源”为基础的“氢动力汽车”,然而第二年就没了下文。
当时美国也有不少人说这是受到“传统汽车产业资本家”的无理阻挠。其实并不是这么回事,而是体积能量密度问题。

单位质量或单位体积的燃料能够提供的能量,称为燃料的“能量密度”。
单位质量的能量密度,煤是29兆焦/公斤,柴油是33兆焦/公斤,汽油是46兆焦/公斤。
而氢气是142兆焦/公斤,是汽油的3倍多,是柴油的大约4倍多,是煤的5倍多。
也就是说,如果燃料的重量相同,则氢气能够提供的能量比汽油、柴油、煤要多好几倍。
因此,看起来氢作为燃料确实很有优势。

但是,非常遗憾的是:常温常压下,氢气比重为0.069;而汽油是0.75,柴油是0.85,煤是1.3左右。
因此,就体积能量密度而言,氢气是9.8兆焦/升,柴油是28兆焦/升,汽油是34兆焦/升,煤是38兆焦/升。
也就是说,一定体积的氢气能够提供的能量,是相同体积柴油的三分之一左右,是相同体积的汽油或煤的四分之一左右。
大家在这里看到:在汽油、柴油和煤三者之中,单位体积所含能量最高的是煤,其次是汽油,再次是柴油。
当然,考虑到相对而言煤燃烧不容易完全,实际利用率略低于汽油和柴油,所以实际上煤与汽油的单位体积能量密度差不多,而汽油高于柴油。
这也就是煤作为一种并不很好的燃料(燃烧时污染大,作为化工原料被烧掉比较浪费)却没有被淘汰的原因。

这样,事情就很清楚了:如果燃料的体积相同,氢气能够提供的能量比汽油、柴油、煤要少好几倍。
一般情况下,作为汽车动力的燃料,其体积才是确定值,于是氢燃料就并无优势了。
当然,氢气要比汽油、柴油、煤更容易完全燃烧,因而能量转换效率要高一些,但是也并没有高上两三倍,所以氢燃料仍然没有优势。

那么,如果把氢气变成液态或固态,是否可以解决这个问题呢?
非常遗憾:液态氢的比重是0.07,固态氢的比重是0.0807,只比氢气高一点点。
其原因是:氢气分子不是极性分子,分子之间的相互作用很弱,形成液态和固态之后,体积变化也不大。
因此,美国前总统小布什声称要搞什么“氢动力汽车”,纯粹是瞎忽悠。当然,也可能是小布什被别人瞎忽悠了,再来瞎忽悠美国人民。

不过,氢动力从理论上讲也不是完全没有一点希望。有的网友可能听说过“金属氢”,它是氢气在极端高压下形成的固体,能够导电,所以称为“金属氢”。
根据理论计算,金属氢的比重大约是1.15,这与煤的比重差不多了。因此,金属氢的体积能量密度可以高达163兆焦/升,比汽油、柴油和煤高得多。
可惜,金属氢这东西现在还只是理论上预测可以存在,而且需要上百万个大气压下才能实现,所以直到现在还没有哪家实验室真正制造出来。
当然,这也不能是说一点希望都没有。但是,如果指望用它来解决能源问题,显然属于画饼充饥了。

再来看电动力,我们先不考虑制造电池的成本,只从体积能量密度的角度来分析。
目前市场上最好的燃料电池,其能量密度大约是4兆焦/公斤。
燃料电池的比重大约为3左右,故而其体积能量密度为12兆焦/升,这个数值还不到柴油(28兆焦/升)的一半。
因此,即使不考虑燃料电池本身的成本,仅仅考虑到体积能量密度,用柴油仍然比燃料电池划算,更不用说汽油和煤了。
如果再考虑制造燃料电池的成本,那就更不划算了。有的网友说:烧油和煤会产生污染和碳排放。
但是,电池本身并不是能源,是需要充电的,而发电过程的污染和碳排放,其实并不比烧油和烧煤少。

如果燃料电池的能量密度能够再提高一倍,接近柴油的水平,同时将电池本身的成本(电池的价格除以能够反复使用的有效次数)降下来,那么电动汽车至少还可以替代柴油动力汽车,还是有希望搞产业化的。不过,这事情似乎在短时期内还看不到希望。
现在的所谓“混合动力汽车”,其实能源仍然用的是汽油,其特点在于:
1)刹车过程由车轮带动发电机发电并储存在电池组中;2)启动和加速过程由电动机带动,不用汽油发动机;3)当加速达到巡航速度时才启动汽油发动机。
这样就可以提高能源利用率,从而减少污染和碳排放。

当然,石油早晚会用完,不过,把煤转换为石油的费-托反应技术也是成熟的,只不过费-托反应的成本很高,必须在石油价格很高的时候才划算而已。
有网友会说:煤也早晚会用完。如果那样说的话,风力发电和水力发电的功率都有限,最后还得依靠太阳能电池才行。
那么,太阳能电池技术,我国目前是否有优势呢?

而且,我国目前在电池动力和传统电机技术的自主科研上都是落后的,很多专利技术并未掌握在自己手中。
现在贸然把电动汽车作为产业来发展,即使电动汽车本身可行,这样做也是会受制于人的。
这里的道理,其实与转基因作物的商业化种植一样:在转基因的自主科研和专利技术都落后的情况下,贸然发展转基因作物的产业化种植,即使转基因作物并无危害,也会使农业受制于人,是很不明智的。

至于有人例如韭菜网友,将“电动力的科学研究和专利技术开发”与“发展电动力汽车产业”混为一谈,把反对发展电动力汽车产业的观点说成是“反对电动力的科学研究和专利技术开发”,就像前阵子把反对转基因作物的产业化种植说成“反对转基因技术的自主科研和专利技术开发” 一样,若不是故意混淆视听、无理取闹,那就是自己水平太差。

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