氢燃料电池的优缺点是什么？

氢燃料电池在电化学过程中使用氢气作为燃料，将氢气和氧气结合起来产生电能和水。电解的逆过程从水中生产“绿色”氢气和氧气，可以使用一系列可再生能源（风能、波浪能、太阳能）生产氢气作为可再生能源发电的燃料。人们对氢能作为一种独特的清洁能源越来越感兴趣，它可以产生热量，其唯一的副产品是水。

由电解（一种高能工艺）和可再生能源生产的绿色氢气是一种高成本的选择，仅占总氢的 5% 左右2生产。目前，全球绝大多数氢气生产来自化石燃料来源（甲烷气体重整），并将持续数十年。然而，随着更高效、更具成本效益的电解槽制造能力的增长，预计随着成熟的可再生能源发电技术和产能的推出，生产成本将显着下降。

为了生产一个安全、有弹性和脱碳的能源系统，氢气的生产和批量储存将在平衡可再生能源的间歇性能源供应与最终用户需求（即电网电力、家庭和工业供暖以及交通燃料）方面发挥重要作用。

关于氢燃料电池优缺点的争论仍在继续，但尽管目前存在局限性，氢气仍然是化石燃料的环保替代品，可用于为各种工业厂房和运输方式提供灵活和高密度的动力和推进使用氢燃料电池技术。

氢燃料电池有哪些优势？

与其他电源相比，氢燃料电池技术具有多项优势，包括：

1. 可再生且随时可用

氢是宇宙中丰富的元素，尽管从水中提取氢气面临挑战，但它是一种独特的丰富可再生能源，非常适合我们未来对热电联产的零碳需求。

2. 氢气是一种清洁灵活的能源，支持零碳能源战略

氢燃料电池提供了一种固有的清洁能源，在运行过程中不会对环境产生不利影响，因为副产品只是热量和水。与生物燃料或水力发电不同，氢气不需要大面积的土地来生产。事实上，美国宇航局甚至一直在致力于利用氢气作为资源，将作为副产品产生的水用作宇航员的饮用水。这表明氢燃料电池是一种无毒的燃料来源，因此优于煤炭、天然气和核能，这些都具有潜在危险或难以获得。氢气的生产、储存和使用将在推动可再生能源的进一步发展方面发挥重要作用，平衡其间歇性供应方式与具有挑战性的最终用户需求，避免需要大量早期投资来升级电网基础设施。

3. 比化石燃料更强大、更节能

氢燃料电池技术提供了具有良好能源效率的高密度能源。按重量计算，氢气的能量含量是所有普通燃料中比较高的。高压气态氢和液态氢的重量能量密度（约 120MJ/kg）约为柴油和液化天然气的三倍，体积能量密度与天然气相似。这些

4. 与其他能源相比效率高

氢燃料电池比许多其他能源（包括许多绿色能源解决方案）更高效。这种燃油效率允许每磅燃料产生更多的能量。例如，传统的燃烧发电厂的发电效率为 33-35%，而氢燃料电池的发电效率高达 65%。车辆也是如此，氢燃料电池消耗了 40-60% 的燃料能量，同时还降低了 50% 的油耗。

5. 几乎零排放

氢燃料电池不会像化石燃料那样产生温室气体排放，从而减少污染并改善空气质量。

6. 减少碳足迹

氢燃料电池几乎没有排放，不会释放温室气体，这意味着它们在使用时不会产生碳足迹。

7. 快速充电时间

氢燃料电池动力装置的充电时间极快，与传统内燃机 （ICE） 汽车相似，并且与电池供电的电动汽车相比明显更快。电动汽车充电需要 30 分钟到几个小时，而氢燃料电池可以在五分钟内充电。这种快速充电时间意味着氢动力汽车提供与传统汽车相同的灵活性。

8. 无噪音污染

氢燃料电池不会像风能等其他可再生能源那样产生噪音污染。这也意味着，与电动汽车非常相似，氢动力汽车比使用传统内燃机的汽车安静得多。

9. 无视觉污染

一些低碳能源，包括风能和生物燃料发电厂，可能会碍眼，然而，氢燃料电池没有相同的空间要求，这意味着视觉污染也更少。

10. 使用时间长

氢燃料电池在使用时间方面提供了更高的效率。氢能汽车的续航里程与使用化石燃料的汽车相同（约 300 英里）。这优于目前电动汽车 （EV） 提供的功能，电动汽车 （EV） 越来越多地使用燃料电池动力装置作为“增程器”进行开发。与电动汽车不同，氢燃料电池也不会受到外界温度的显着影响，并且在寒冷的天气下也不会变质。当与较短的充电时间相结合时，这一优势会进一步增加。

11. 非常适合在偏远地区使用

在当地条件允许的情况下，通过本地生产和储存获得氢气可以证明是偏远地区柴油发电和供暖的替代方案。这不仅可以减少运输燃料的需求，还可以通过提供从现成的自然资源中获得的无污染燃料来改善生活在偏远地区的人们的生活。

12. 用途广泛

随着技术的进步，氢燃料电池将能够为一系列固定和移动应用提供能量。氢动力汽车只是一个例子，但它也可以用于较小的应用，例如家用产品以及更大规模的供暖系统。与内燃机动力装置类似，储能容量（即油箱）和发动机尺寸的功能是解耦的，而基于电池的动力（即功率随质量成线性比例）则相反，因此在设计上提供了极大的灵活性。

13. 电力供应民主化

氢燃料电池有可能减少一个国家对化石燃料的依赖，这将有助于实现全球能源和电力供应的民主化。这种独立性的提高将对许多目前依赖化石燃料供应的国家有利。当然，这也将避免随着库存减少而化石燃料价格上涨的问题。

氢燃料电池的缺点是什么？

尽管氢燃料电池具有众多优点，但仍有一些缺点和挑战需要解决：

1. 氢气提取

尽管氢是宇宙中丰富的元素，但它本身并不存在，因此需要通过电解从水中提取或从碳化石燃料中分离。这两个过程都需要大量的能量才能实现。这种能量可能比从氢本身获得的能量更多，而且价格昂贵。此外，这种开采通常需要使用化石燃料，在没有 CCS 的情况下，这会破坏氢气的绿色证书。

2. 需要投资

氢燃料电池需要投资才能发展到成为真正可行的能源的程度。这也需要政治意愿，将时间和金钱投入到开发中，以改进和成熟技术。简而言之，广泛和可持续氢能发展面临的全球挑战是如何以具成本效益的方式更好地逐步构建“供需”链。

3. 原材料成本

铂和铱等贵金属通常需要作为燃料电池和某些类型的水电解槽的催化剂，这意味着燃料电池（和电解槽）的初始成本可能很高。这种高昂的成本使一些人不敢投资氢燃料电池技术。为了使氢燃料电池成为所有人的可行燃料来源，需要降低此类成本。

4. 监管问题

在定义商业部署模型的框架方面，也存在监管问题的障碍。如果没有明确的监管框架来让商业项目了解其成本和收入基础，商业项目可能难以做出金融投资决策 （FID）。

5. 总体成本

目前，氢燃料电池的单位电力成本高于其他能源，包括太阳能电池板。随着技术的进步，这种情况可能会发生变化，但目前这一成本是广泛使用氢气的障碍，尽管氢气一旦生产出来效率更高。这笔费用还会影响未来的成本，例如氢动力汽车的价格，因此目前不太可能广泛采用。

6. 储氢

氢气的储存和运输比化石燃料所需的储存和运输更复杂。这意味着氢燃料电池作为能源需要考虑额外的成本。

7. 基础设施

由于化石燃料已经使用了几十年，因此这种电力供应的基础设施已经存在。氢燃料电池技术在汽车应用中的大规模采用将需要新的加油基础设施来支持它，尽管对于重型货车和送货卡车等远程应用，可能会使用从头到尾的加油。

8. 高度易燃

氢气是一种高度易燃的燃料来源，这带来了可以理解的安全问题。氢气在空气中燃烧的浓度范围为 4% 至 75%。

结论/总结

氢燃料电池作为比较好的可再生能源之一的优势是显而易见的，但要充分发挥氢作为未来脱碳能源系统关键推动因素的潜力，仍有许多挑战需要克服。

从积极的一面来看，氢燃料电池可以在不久的将来为固定和移动应用提供完全可再生和清洁的电源。为了实现这一目标，需要扩大脱碳氢气生产和燃料电池制造的规模，并制定所需的监管框架来明确定义商业部署模式。设想进一步的技术进步，以降低开采、储存和运输的相关成本，同时对基础设施进行进一步投资以支持它。

氢气可能成为满足我们未来能源需求的比较好的解决方案，但这需要政治意愿和投资才能实现。然而，随着化石燃料的耗尽，氢气可能成为满足我们全球能源需求的关键解决方案。