水氫氣發動機是怎麼回事?其真的符合科學原理嗎?

5月23日《南陽日報》在其頭版刊發消息稱,水氫氣發動機在南陽下線。

水氫氣發動機是怎麼回事?其真的符合科學原理嗎?

南陽日報

根據初中化學知識,我們知道氫氣與氧氣在點燃的情況下,會發生如下反應:

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l); ΔH = -572 kJ/mol

根據上面的化學反應方程式,可以看出,氫氣在氧氣中燃燒時會放出大量熱,並且生成物為水,且1mol的氫氣在燃燒的時候會釋放出572kJ的熱量。也許這麼說不太好理解,我換個說法,完全燃燒一千克氫氣釋放的能量為140kJ,相當於完全燃燒3千克汽油釋放的能量。所以把氫氣裝到汽車裡,汽車跑起來會更加環保,更有動力,在科學上完全成立。因為汽油在燃燒過程中會釋放出大量的溫室氣體-二氧化碳以及其他有害氣體,如二氧化硫等。但是氫氣本身在常溫下是氣體,同樣質量的氫氣體積遠遠大於汽油、柴油等液體燃料,這就是限制氫氣汽車發展的主要瓶頸。

現在這個瓶頸被南陽的青年汽車集團給“攻克”了,根據報道稱,南陽青年汽車集團研究出了一種特殊催化劑,在這種特殊催化劑的作用下,能將水轉換成氫氣,最終實現“青年水氫燃料車”在不加油不充電只加水的狀態下,續航里程超過500公里,轎車續航里程可達1000公里。看到這裡,咱暫且對此技術保持“敬畏”之心,先普及一個科學名詞催化劑,

在化學反應裡能改變反應物化學反應速率提高或降低)而不改變化學平衡,且本身的質量和化學性質在化學反應前後都沒有發生改變的物質叫催化劑(固體催化劑也叫觸媒)。

那麼問題來了,有沒有催化劑並不能改變自然界的能量守恆定律。氫氣和氧氣燃燒,放出大量的熱(能量),而作為其逆反應,水變成氫氣和氧氣,必然要是吸熱反應,也就是要消耗能量,同樣質量的氫氣燃燒生成水放出多少熱(能量),那麼這麼多水分解變成氫氣和和氧氣就要吸多少熱(能量)。

分解水變成氫氣需要的能量,必須要提供等量的其他形式能量。那有沒有切實可行的方法讓水變成氫氣呢?還真有,目前技術上可行的方法主要有兩種,一種就是電解反應生成氫氣;一種就是鋁水反應生成氫氣。

水氫氣發動機是怎麼回事?其真的符合科學原理嗎?

電解水試驗

第一種方法:電解,顧名思義就是給水通上電後水發生電離,分別在陰極與陽極生成氫氣(H2)與氧氣(O2),具體化學反應方程式如下:

電解水總反應: 2H2O = 電解 = 2H2↑ +O2↑

電極反應式:

陽極:4OH- -4e- = O2↑ +2H2O

陰極: 4H+ +4e- =2H2↑

可以看出,如果南陽青年汽車集團是採用電解的方式來製備氫氣,那就得在汽車上面配備大容量電池,既然有電池提供電能,為啥不直接利用電能驅動汽車,並且在所有通過燃燒交換能量的方式都不如電機交換效率高。根據上面的反應式我們可以計算得知,在不計電解效率的情況下,製備1千克氫氣大約需要消耗100千瓦時的電能,現在市場電價按0.6元/千瓦時,製備1千克氫氣僅電能成本60元,就遠遠高於釋放等量能量的汽油價格,約為2.2倍。而製備氫氣肯定不止電能一項成本,比如南陽青年汽車集團董事長在接受記者採訪是提到的”秘製“催化劑,肯定價格不菲。

水氫氣發動機是怎麼回事?其真的符合科學原理嗎?

第二種方法:鋁水反應生成氫氣,即鋁在一定的條件(加熱、催化劑)下,發生如下反應: 2Al+6H2O=2Al(OH)3↓+3H2↑

根據上述化學反應方程式,我們可以計算得出,製備1千克氫氣所消耗的鋁為9千克,而目前市場價格計算,製備1千克氫氣的耗材鋁的成本就超過100元,在不計鋁水反應的其他成本情況下,已經比電解水製備氫氣的成本高!


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