水氢发动机到底是不是伪科学？

近日，南阳市和青年汽车所谓“加水就能跑1000公里的车”究竟是否存在，这里面到底是黑科技还是纯粹的骗局呢？

根据网上消息，目前基本可以判断，不是假的，只是表述的概念不是很准确，所谓水氢发动机，应该是金属（铝）—水反应制备出氢气，然后再用氢氧燃料电池发电，通过锂电池储能和缓冲，驱动电机的氢能源汽车。

这种应用组合，并不新鲜，东莞北航研究院新能源客车，已经实现；上海交通大学的镁水反应制氢的小型燃料电池，也早已应用在小型无人机上；中科院大连化物所等单位，也有很多氢能源电池；部分民营企业，也有铝空气电池等金属电池产品，用在野营科考等领域。

燃料电池汽车

当前国内的所谓新能源汽车，准确来讲应该是储能电池汽车，或者是电驱动汽车，只是装小电池的玩具汽车的放大版和商用版，这个储能电池的作用与汽车电瓶的功能类似。

而燃料电池汽车，是新能源汽车的主流发展方向之一，它的组成更为复杂，多了一套氢氧燃料电池系统，可以给汽车电池（可以理解为电瓶）直接充电，而不是依赖充电桩。

准确的说，燃料电池是可以发电的，只是用氢气发电，是水电解成氢气和氧气的逆反应。我们的汽柴油车，也可以发出电来，是汽油机带动发电机转，机械能转换成电能，因此震动噪声特别大，但氢燃料电池工作起来确是静悄悄的，基本没有噪音。

虽然燃料电池名字里面有“燃料”字样，同时氢气也能够跟氧气在一起剧烈燃烧，但在燃料电池却不是利用燃烧来获取能量，而是利用氢气跟氧气化学反应过程中的电荷转移来形成电流的，这一过程最关键的技术就是利用特殊的“电解质薄膜”将氢气拆分，整个过程可以理解成蚊子无法穿过纱窗，但是更小的灰尘却可以，电解质薄膜也是燃料电池领域最难被攻克的技术壁垒。

很明显，氢燃料电池汽车系统更为复杂。同时，它需要氢气。日本和德国，都是高压气瓶储气态氢气，一般是20兆帕到40兆帕的压力，所以很多人认为很危险，而且加注氢气的过程也要有很高的安全性标准。但只要加足了氢气，就像汽车加满了油，可以让汽车跑很远很远，1000公里只是个设计指标，容易实现。

因为氢分子体积小，可以透过薄膜的微小孔洞游离到对面去，但是在穿越孔洞的过程中，电子被从分子上剥离，只留下带正电的氢质子通过，氢质子被吸引到薄膜另一侧的电极与氧分子结合。电解质薄膜两侧的电极板将氢气拆分成氢离子（正电）和电子、将氧气拆分成氧离子（负电）和电子，电子在电极板之间形成电流，两个氢离子和一个氧离子结合成为纯水，是反应的废物。所以本质来讲，整个运行过程就是发电过程。因此燃料电池堆栈代替的就是厚重且充电效率低下的锂离子电池组。

为了容纳更多的氢气，液体氢气也大量应用，比如火箭发射，国外也有用液氢的飞机，宝马、奔驰也都试验过直接燃烧液氢的发动机，与现有的汽柴油机差别不大，就像家里用的液化天然气。所以说到这里，看到很多车是烧气的，已经用了好多年，所以氢气使用也不用过多担心。比如气瓶，国内外的高压气瓶技术已经很成熟，70兆帕的都很常见，很多领域都有应用。但由于处于对氢气爆炸的恐惧，大家还都在探索其他的储存方式。

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问题1：到底有没有所谓的水制氢技术？

答：电解水制氢能耗较大，在无外界能量输入的车上实现实时制氢更加不可能。但是呢，金属可以通过还原反应分解水制氢。中学化学里面学过，碱金属和水反应可以快速生成氢气，但是碱金属价格昂贵，用来制取能源开车实在是得不偿失。不过，除了碱金属之外，还有一些金属同样能够在不加入酸、碱的条件下分解水产生氢气，例如锌、铝甚至铁、钴、镍。当然，这需要一些特殊的条件，包括催化剂和温度、压力的控制等等。最常见的，还是活泼金属镁和铝，相对可控。

Mg+2H2O=MgO+2H2

2Al+3H2O=Al2O3+3H2

镁和铝的分子量分别是24和27，同等重量条件下，镁制氢能力更强。可是，镁还是比较贵。但铝很常见。

主流的，就是水电解制氢和金属制氢。都可以称之为水制氢技术。

问题2：铝怎么能与水反应？

家里用的铝锅，如果遇到水就反应，锅很快就会漏了。实际上，锅的内外面被致密的三氧化二铝或者氧化铝包围着，铝在里面，根本接触不到水。如果让反应可以持续，破坏掉氧化铝就可以了。

可是这怎么办？什么是三氧化二铝？名贵的蓝宝石和红宝石，主要成分都是三氧化二铝。我国山东、河南一带，做人工红蓝宝石的小作坊，早都攻克了这个小问题，只不过氢气直接就处理了，大多数只留下高纯度的三氧化二铝，铝和宝石怎么能一个价值呢，浪费点氢气，这又算的了什么？

下图是氧化铝粉末

然而，有识之士发现，这是制氢的好办法。实际上途径比较简单，在高温液态，改变铝的成型结构，或者添加点与水可以反映的其他组分。常温下不反应，在遇水和一定条件下，就可以持续反应了。

问题3：南阳的所谓“水氢发动机”使用的是哪种技术？

答：据说，该项目使用的是某大学开发的铝金属合金分解水制氢的技术，也就是说，“水氢发动机”实际上应该叫做“铝-水氢燃料电池发动机”，假如当初是这么个说辞，是不是咱们就没有这么多热闹看了？特制的铝合金粉末可以与水发生反应，快速生成氢气，铝被氧化为氧化铝，这样产生的氧化铝纯度很高，可以回收后作为产品出售，弥补部分使用差价。

问题4：为什么铝就能够直接和水反应生成氢气？为什么选用铝金属？

答：铝在金属活性表中的位置较为靠前，在一定条件下（催化剂、温度、压力）能够分解水产生氢气，同时分子量较小，稳定反应的化学价较高，单位质量的铝产氢比其他金属要高（9:1），同时，铝属于大宗工业产品，价格较低。这一点大家倒是可以做一个居家小实验：铝粉（反应物）加上铁粉（催化剂）放在水中，加入一点食用盐（提高导电性），然后把水加热到70℃左右（或者直接倒入热水），就能够看到大量的气泡冒出来，这些气体就是氢气了，做实验要千万注意安全，在通风、没有明火的地方做这个验证，不然会很危险。

问题5：这种产氢方式应用在汽车上有什么优势？

答：首先，在加氢站、氢气的储存、运输等等配套技术与基础建设都远未完善的今天，车载实时制氢装置不失为一种安全、有效的氢能源汽车发展方向。通过工艺流程和制氢专用装置的特殊设计，可以保证氢燃料电池所需的具有一定压力、流量的氢气稳定、安全、即时生成，随产随用，不需要特质钢瓶进行储存，而金属和水本身不具有燃烧、爆炸的风险，大大提高了氢燃料电池汽车的安全性。其次，反应后的金属氧化物仍然具有极高的回收利用价值，目前的市场差价约为10000元左右，而这10000元的投入可以使一辆氢燃料电池汽车行驶超过15000公里，平均每公里约0.67元，基本与汽油车价格持平。

下图是其他车企的铝水反应电池新能源汽车

问题6：这项技术距离实际应用还有多远？

答：这项技术的应用并不是遥不可及的，正如前面所说，很多单位都已经实现了，在更新更好的储氢技术出现之前，这项技术完全可以作为过渡技术进行推广。未来有可能出现能够彻底解决氢能储存、运输的技术，快速更换反应物的装置设计和“加铝站”的服务配套建设需要跟上，同时整体的产业链（铝金属采购和氧化铝销售）也需要打通，只能说目前刚刚走出了工业化的第一步。

事情再探讨一步，德国的212燃料电池潜艇，用的是稀土合成材料储存氢气的技术，很重的储氢材料，只能带一点点氢气，同时还要携带液氧，储存代价比较大。这种金属水反应技术，也许不仅仅在汽车上，可能在其他领域也有应用的可能性。

综上，这次报道的技术，实际上是“金属水反应制氢+氢氧燃料电池+储能电池+电动机”的组合动力单元。

从技术原理上，能够实现，而且正在工程化和产业化。

同类技术的突破，使得氢燃料电池大巴在没有加氢站的情况，也可以运行。只要定期向大巴车加水和特殊燃料棒，大巴车即可以运行，又被誉为“烧水的汽车”。更为重要的，车载氢发生器是“实时按需制氢”，平时车辆放置时不产生、也不存储氢气，相比常规氢能源车辆使用的高压氢气储罐，安全性提升显著。车载氢气发生器的使用压力低（小于7个大气压），相比常规氢能源车辆使用的高压氢气储罐（压力为350～700个大气压），更加安全、可靠、经济。另外，特殊燃料棒制氢后的残料可以加工成高纯氧化铝粉、氧化铝纤维棉、多孔陶瓷等高价值产品，可以提升整个产业链利润，并降低氢气成本。

客观的讲，一些技术原理正确的事情，不一定可以产业化，我们的现代科技，大部分都还是基于几百年前的经典物理和化学，可以实现，但不一定便宜合算。

隐身衣原理正确，但由于光学频段尺度，需要一个相当大的场地，所以现实里没有；水变油也是原理正确，它是用水里的二氧化碳，通过一系列酸化反应，变成油组分的碳氢化合物，也就是C9到C16（碳9和碳16）各种烃类组合，只是成本很高，准确的讲，低成本的水变油不很容易。很多年前，确实有一个水变油的骗局，在水里加点什么，搅一搅就变成油了，后来被戳穿了而已。

这次的网络舆论乌龙事件，我感觉是双方面的，媒体和非技术人员在发言时进行了过度保密（铝金属产氢技术），而很多大众也不很理解，就造成了热议。

科学探讨与产业化是有联系有区别的。创新往往不容易被大众和商用接受。

编者按：这里分享这篇文章仅是对”水氢发动机“技术及实现原理的探讨，并不代表对于青年汽车的技术认可，因为其目前透露的技术细节的信息仍十分有限，到底能否实现”具有经济效益“的商用还有待进一步观察。

编辑：芯智讯-林子     来源：科创论坛

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