车载水和铝金属反应制氢？别逗了

  好久不见，我是这几天心情都不太好的tinker。

  所以今天数落一下水和铝金属反应制氢这个技术，特别是它在车载方面的应用。

  水铝制氢这项技术最吸引人的地方是什么呢？加水就能产氢。即，先将铝置于一个容器中，望里面加水就能产氢，氢气去到燃料电池就可以发电。应用到产品的最终形态就是，加水就可以发电/启动车/船/飞机/潜艇/无人机/洗衣机/冰箱/电饭锅/烤箱/吃奥尔良鸡翅。这概念绝对能吓唬大部分不明真相的人，而且是个极好的宣发材料。

  但是这个反应一点也不神秘。水铝制氢本质上就是一个置换反应，铝置换出水中的氢原子，变成氢气。其实除了铝，很多活泼金属，例如钠、镁、钾、钙，都可以。但他们要不就太活泼，反应放热太大，要不就是生成的金属氧化物难处理。总之就是，相对来说，铝的反应条件相对温和。而且铝的储量丰富，价钱相对较低，因此就一般都是采用铝来做置换。

  那么这项技术又有什么技术难点呢？

  铝很活泼

  这意味着铝很容易被氧化，我估计一般人没几个见过纯铝，就算平常所说的铝合金，表面都是有一层致密的氧化铝保护膜的。水铝制氢要求的反应物是纯铝，而不是铝的氧化物。即使把纯铝在它在空气中氧化之前，放去和水反应，但纯铝还没完全反应时候，表面就已经被氧化，表面的氧化膜阻隔了水和里面纯铝的接触，反应无法继续进行。

  唯有采用破除或者阻止氧化膜的生成，才可以让铝与水持续充分反应。

  解决方法有几种：

  1、水中加入碱，例如NaOH，利用OH-离子破坏表面氧化膜；

  2、铝合金化，用其他金属作为壳包裹着铝，来防止铝和氧接触，在一定温度下加入水，这层金属保护壳受热会裂开，露出里面的铝，进而和水接触反应。

  技术难点算是过去了，那么应用难点又在哪呢？

  一、贵

  1kg铝大约能置换出0.1kg氢气，那么大家都知道1kg铝的成本大约是15块，先不考虑做合金的情况，那就是说水铝制氢1kg的成本要150块。

  150元/kg H2是什么水平呢？看下表：

  水铝制氢稳居成本最高第一位！可喜可贺，可喜可贺。

  但这成本还是有希望降的。因为水铝反应后除了氢气，还有氧化铝。氧化铝这个东西呢是有经济价值的。但高经济价值的氧化铝对纯度和粒径的要求也很高。从水铝制氢副产物中提取出高品质的氧化铝，这项技术我暂时没看到有相关研究。然而这项技术的复杂程度正正是水铝制氢真实成本的关键点。这个关键点一天没有答案，水铝制氢一天都是制氢中的“奢侈品”。

  二、热失控

  水铝制氢是一个放热的反应，几克铝的量反应可以轻轻松松上几百摄氏度。高温带来的问题有很多。首要问题是反应温度太高，会将水气化，水蒸气与铝几乎不反应，导致整体反应接近处于停滞。然后很大部分的水蒸气会跟随氢气进入下一级应用。然而我们并不需要湿润的氢气。

  当然，这个问题要解决则需要从反应器设计入手，或者从材料入手减缓反应速率。前者我不会，后者貌似没人研究，我就不啥bb了。

  三、储氢密度低

  理论上1kg 铝产0.11 kg氢气，然而这个还是理论上的，实际上还有产氢效率这个参数，一般在85%~95%，那么基本上就是1kg铝对应产出0.1kg氢气，换算一下就是生产1kg氢气需要10kg的铝。那么这又是一个怎样的水平呢？看下表：

  从上表可以看出，水铝制氢无论在体积和重量都不占优势。这就是我说的储氢密度低。

  那么跟氢瓶比又如何呢？

  然后我们来一起做应用题吧。

  上上篇文章曾让大家留意一个图，就是下面那个：

  或者去他家官网看 >furuihp.com/Product/detil/id/11.html

  取国内常用的爆款140L的跟大家算一下，具体参数如下：

  这个氢瓶外体积199dm3，就是199L，里面能存35Mpa的氢气140L，合计4kg氢气。那么这类氢气储存1kg氢气大约需要50L空间。这样一比，水铝制氢空间需求比氢瓶低多了，完全可以代替现在的氢瓶呀。

  且慢！

  不知道哪位领导人说过，要用发展的眼光看问题。虽然现在国内常用氢瓶的气压的35Mpa，但国外很多车辆都已经开始采用70Mpa。其实从富瑞特装的图也可以看到，国内氢瓶的制造商都有布局70Mpa的研发。如果采用70Mpa的氢瓶，容积不变，储氢量会直接加倍。就是说199L的氢瓶能储存8kg氢气，折合1kg氢气需要25L空间。这时水铝制氢“原料”和氢瓶的空间需要就差不多了。

  这里之所以强调“原料”两个字是因为水铝制氢技术要完全等同于氢瓶则必须加上其他附件。氢瓶是一个能提供清洁且稳定的氢气的装置。从水铝制氢反应装置得到的氢气既不清洁，也不稳定，必须要配置相应的纯化装置和缓冲罐。也就是从功能上来说：

  反应装置+纯化装置+缓冲罐=70Mpa氢瓶

  反应装置的体积肯定是大于原料体积，那么一套水铝制氢系统的总体积必然远大于70Mpa氢瓶体积。

  强调一下，对水铝制氢来说，这个空间需求是无法改变的，是它的固有属性，任凭技术怎么发展，这个23L的数字都不会改变。这代表了水铝制氢在体积上比不过氢瓶；由于必须带有其他附件，可靠性也比不过氢瓶。

  总结

  综上，我认为，水铝制氢这项技术不适合应用在燃料电池电动车辆上。就算水铝制氢能解决现有成本贵和热失控的问题，它也只能应用在其他领域。

  题外话

  1、这期的话题出现的原因有很多，导火索其实就大约1个月前，青年那辆水氢燃料电池车。

  （新闻链接： >money.163.com/17/0822/13/CSEQ4JO8002580SN.html）

  很多人问我这个是不是利用水铝制氢技术。我只能答无可奉告。毕竟我真的不知道。因为水铝制氢不仅要加水，还要换铝。青年对外只说了利用一种特殊的催化剂能分解水，产生氢？不用加热，也不用电？催化剂还不消耗？那么水分子分解的能量从哪里来？我都感觉高中物理白学了。

  因此，青年必定是故意隐藏了很多信息，混淆视听。

  2、现在燃料电池相关产业都是一片热土，各种技术层出不穷，无论企业、资本，还是高校、政府，都想凑个热闹。但是某些技术专家心里明白，装着糊涂，拼命推广明知有重大缺陷的技术，甚至把国外已验证过不行的技术拿来国内再炒作一次，何必呢？本来这块蛋糕大家可以慢慢做，慢慢吃，现在却有人为一己私欲想方设法扔进两坨过期忌廉。

  3、富瑞特装能给我打个钱吗？