新能源和氫能源哪個更有價值?（本文10100餘字，全文閱讀大約需要20分鐘），我來為大家科普一下關于新能源和氫能源哪個更有價值?下面希望有你要的答案，我們一起來看看吧!

新能源和氫能源哪個更有價值

（本文10100餘字，全文閱讀大約需要20分鐘）

在探讨新能源汽車之前，先從物理的角度分析驅動汽車運動需要多大的能量？

一輛1.5噸的小汽車，行駛600公裡需要多少能量呢？重力等于1500G=15000N。

1. 摩擦力與正壓力和動摩擦系數成正比，也就是f = μ *N。橡膠輪胎與幹路面的滾動動摩擦因數是0.015，風阻系數為0.28，那麼在120千米的時速下驅動汽車行駛600千米，需要的能量為

（風阻公式：1/2ρ·A·Cw·v^2(kg)；滾動阻力公式：M=δN，滾阻系數δ=0.0165）

15000N*0.0165*600*1000m 1/2*1.293kg*0.28*2.2m²*（33.33m/s）²*600*1000m=148500000N*m 265442903N*m=413942903J。

由于汽車的傳動系統也有部分的能量損失，通常汽車的傳動系統的效率為90%，那麼實際需要的能量為413942903J/0.9=459936559J。

汽油的熱值為46000000J/kg，每升汽油約等于0.725千克，每升汽油的熱值是33350000J/升。目前最好的汽油機的平均熱效率大約是35%，汽車機械系統的傳動效率大約是85%，則每升汽油的實際可以做的功是33350000*0.35=11672500J/升。根據汽油的實際做功效率，我們可知該輛汽車行駛600千米的實際油耗為39.4升。

值得注意的是，電動車不需要發動機的進排氣系統，風阻系數比汽油車更低，大概可以做到0.22到0.26的水平。如果這輛電動車的風阻系數為偏高的0.25，那麼驅動這輛汽車以120千米的速度行駛600千米，大概需要的能量為：

15000N*0.0165*600*1000m 1/2*1.293kg*0.25*2.2m²*（33.33m/s）²*600*1000m=148500000N*m 237002592N*m=385502592J。

電的熱值為3600000J/kwh，動力電池的放電效率大約在95%，每度電實際可以利用的能量是3420000J。如果這輛汽車是電動汽車，電動機的能量使用效率是95%，由于電動車變速箱效率更高，傳動系統的效率在95%以上，考慮到傳動系統的效率損失，電動機的能量利用效率，則每度電能實際的做功是3086550J。

那麼，驅動這輛汽車以120千米的速度行駛600千米需要的實際電耗為125度電，百公裡電耗大約為21度。

這是在高速勻速行駛的情況下的汽油車與燃油車的電耗和油耗表現。根據風阻系數公式，速度增加1倍，風阻系數就增加三倍，因此如果車速比120千米每小時更低，則驅動汽車所需要的能量會顯著減少。譬如車速降低到60千米/小時，驅動傳統汽車行駛600千米需要的能量為：

15000N*0.0165*600*1000m 1/2*1.293kg*0.28*2.2m²*（16.67m/s）²*600*1000m=148500000N*m 66400552N*m=214900552J。這些能量的油耗大概為20.5升，也就是百公裡3.4升。當然，實際油耗不會這麼低，關鍵就是汽車發動機的轉速是有運轉空間的，不是想高就高、想低就低，即使處于怠速狀态，發動機其實也在運轉，因此油耗會比高速低一點，但是比這個低速勻速的理想狀态高一點。如果在市區運行，汽車運行速度确實不快，需要的油耗應該更低，但是很多油耗都被消耗在紅綠燈或者前後車急停等待上，實際油耗可能比高速還要高。

如果是電動車，驅動這輛汽車行駛600公裡需要的能量為：

15000N*0.0165*600*1000m 1/2*1.293kg*0.25*2.2m²*（16.67m/s）²*600*1000m=148500000N*m 59286207N*m=207786207J。根據電動車的能量利用效率和傳動損失，以60千米的速度行駛600千米需要的實際電耗為67.3度電，百公裡電耗為11.2度。 相比120千米的高速，60千米低速狀态下電耗大幅下降。很多汽車公司宣布續航可以達到1000公裡，其實就是指這種低速狀态下的續航可以達到1000公裡，高速下續航得掉接近一半。

相比燃油汽車，電動汽車有兩個明顯的優勢，公路總是有高低起伏不平的情況，這就需要汽車克服坡度阻力，另外停車啟動還需要加速阻力，這都會增加燃油車的實際油耗。電動車是有能量回收系統的，上坡時需要更多的電耗，下坡時可以借助下坡坡度回收部分能量補電，或者啟動時耗費了更多的電能，在急停時也是可以回收補電的。在低速狀态下，乘用電動車的實際能耗表現比乘用燃油車優秀得多。

一輛滿載49噸的6軸大貨車，行駛1000公裡需要多少能量呢？重力等于49000G=480200N。

汽車特性：迎風面積7.5個平方，風阻系數0.6,滾動阻力系數0.013，傳動系統效率0.85。

如果這輛汽車是柴油貨車，由于質量非常大，其克服重力所需要的能量非常大，因此滾動阻力系數對油耗的影響非常大。根據經驗，貨車的滾動阻力系數是0.013。

根據第一章的公式，這輛柴油汽車的以90千米/時的速度行駛1000千米，需要的能耗為：

480200N*0.013*1000*1000m 1/2*1.293kg*0.6*7.5m²*（25m/s）²*1000*1000m=6242600000N*m 1818281250N*m=8060881250J。

柴油的熱值為42600000J/kg，每升柴油約等于0.835千克，每升柴油的熱值是35571000J/升。目前最好的柴油機的平均熱效率大約是40%，汽車機械系統的傳動效率大約是85%，則每升柴油的實際可以做的功是35571000*0.4=12094140J/升。根據柴油的實際做功效率，我們可知該輛汽車以90千米時速行駛1000千米的實際油耗約為667升，百公裡油耗大約是67升柴油。

480200N*0.011*1000*1000m 1/2*1.293kg*0.6*7.5m²*（16.67m/s）²*1000*1000m=5282200000 N*m 808448282 N*m=6090648282J。

如果把車速降低60千米/小時，其滾動阻力系數可以降低到0.011，那麼同樣行駛1000千米裡程，其總油耗将降低到504升，百公裡油耗僅50升。

480200N*0.02*1000*1000m 1/2*1.293kg*0.6*7.5m²*（25m/s）²*1000*1000m=9604000000 N*m 1818281250 N*m=2778681250J。

值得注意的是，由于貨車在不同路況的情況下，滾動阻力變化是非常大的，假如路況一般，貨車的滾動阻力系數上升到0.02，那麼同樣的行駛裡程，其總油耗将達到944升，百公裡油耗将達到94升。

假如這輛載貨汽車是電動的，行駛1000公裡需要多少電能呢？電動貨車可以做到更小的風阻，假如風阻系數降低到0.4，那麼以90千米時速驅動這輛貨車行駛1000千米需要的能量為：

480200N*0.013*1000*1000m 1/2*1.293kg*0.4*7.5m²*（25m/s）²*1000*1000m=6242600000N*m 1212187500N*m=7454787500J。

不論是電動大貨車還是電動乘用車，電的實際做功效率不會有太大的變化，根據前面的分析，每度電能實際的做功是3086550J，這輛汽車所需要的電能為2415度。

如果車速降低到60千米，則其所需要的能量為：

480200N*0.011*1000*1000m 1/2*1.293kg*0.4*7.5m²*（16.67m/s）²*1000*1000m=5282200000 538965522=5821165522J，對應所需要的電力為1886度。

如果路況一般，貨車滾阻系數增加到0.02，則其所需要的能量為：

480200N*0.02*1000*1000m 1/2*1.293kg*0.4*7.5m²*（25m/s）²*1000*1000m=9604000000 1212187500=10816187500J，對應所需要的電力為3504度。

第一節：燃油與電池的能量密度

根據第一章的分析，每度電實際做功3086550J。每升汽油實際做功11672500J，與電能進行換算大約就是3.78度。每升柴油實際做功12094140J，與電能進行換算大約就是3.92度。

當前最先進的三元锂電池的能量密度是300Wh/KG，每升汽油、柴油的能量密度分别是三元電池的12.6倍和13.1倍。如果乘用車的油箱是40升，那麼對應電動車的三元電池重量就是504公斤。如果柴油重卡是油箱是400L，那麼對應電動重卡的三元電池重量就高達5240公斤，也就是5.24噸，如果加上組件材料，電池系統重量就是6噸開外了。

第二節：能耗的關鍵影響因素

對比第一章和第二章的分析，我們很容易發現影響乘用車能耗和貨車能耗的關鍵因素是不一樣的，決定小汽車的關鍵是風阻，載重量的影響占比很小，而決定貨車能耗的關鍵因素是載重量，風阻的影響占比偏小。

這個轉換是有一個質量臨界點的，如果是燃油乘用車，這個質量臨界點大約就在2.7噸左右：如果汽車重量低于2.7噸，風阻就是影響油耗的關鍵；如果汽車質量大于2.7噸，載重量就是影響油耗的關鍵。如果是在60千米的低速狀态下，這個臨界質量是在684千克。

如果是電動乘用車，這個質量臨界點大約就在2.4噸左右：如果汽車重量低于2.4噸，風阻就是影響電耗的關鍵；如果汽車質量大于2.4噸，載重量就是影響電耗的關鍵。如果是在60千米的低速狀态下，這個臨界質量就是611千克。

如果是柴油重卡，這個質量的臨界點大約就在14.2噸左右：如果汽車載重量低于14.2噸，風阻就是影響柴油車油耗的關鍵，如果汽車載重量大于14.2噸，載重量就是影響油耗的關鍵。如果是在60千米的低速狀态下，這個臨界載重量就是7.5噸。如果是常在路況比較一般的路段行駛，這個臨界載重量就是9.3噸。

如果是電動重卡，這個質量的臨界點大約就在9.5噸：如果汽車載重量小于9.5噸，風阻就是影響電動重卡的電耗的關鍵，如果汽車載重量大于9.5噸，載重量就是影響重卡汽車的關鍵。如果是在60千米的低速狀态下，這個臨界載重量就是5噸。如果是路況比較一般的路段，這個臨界載重量就是6.2噸。

第三節：電動汽車和燃油汽車

一般來說，小型乘用車和SUV的重量通常在1.2噸到1.8噸之間，也就是說，在120千米的高速的狀态下，影響小型乘用車和SUV的油耗關鍵是風阻，汽車的重量的影響因素偏小。因此對小型乘用車或者SUV而言，大量使用電池來替換燃油系統而産生的增重對汽車能耗的影響其實很小。下面我們還可以詳細測算一下燃油動力系統轉換為電池動力系統，乘用車到底會增重多少。

燃油系統汽車的能源系統包含油箱，發動機和變速箱這三個大件，其中40L油箱大約重20千克，40L汽油大約重29千克；發動機（冷卻系統）和變速箱重量大約是200到300千克，取中間值250千克，也就是說燃油汽車的動力系統的重量是300千克左右。

如果乘用車采用電池動力系統，其動力系統主要包含電池、電機和單變速器等三大件。最先進的電動機的每千瓦功率密度大約是2.5：1，意思就是每千瓦功率的電機，需要2.5公斤的重量。通常電動機的功率能夠達到36千瓦，汽車的後軸才能夠産生足夠強大的能量應對各種路況，也就是說發動機的重量應該不低于90千克。單變速器比乘用車變速器見頂，重量更低（沒有查到具體數據，估算）。根據上面的數據，我們預估電機和單變速器的重量為150千克。那麼，除此以外，影響電動車質量的關鍵因素就是電池重量。

電動車要想跑的遠，就得帶更多的電池，電動車要想電耗低，就得降低整車質量，其中關鍵就是降低電池質量。如果電動車不減600千米的高速續航，則電動車需要攜帶125千瓦電能，按照電池300Wh/kg的能量密度，需要攜帶417千克電池，加上電池管理與保護系統，電池的重量大約在480千克，整個動力系統的重量就是630千克，汽車增重330千克。相反，如果要汽車不增重，電動車的電池系統的能量密度要達到833Wh/kg。

如果電動車保證600千米的低速續航，則隻需要攜帶225千克電池，加上電池管理與保護系統，電池的重量大約在260千克，整個乘用車動力系統的重量就是410千克，汽車增重110千克。同樣，如果要汽車不增重，電動車的系統能量密度要達到449Wh/kg。

在低速狀态下，不論是對燃油乘用車還是對電動乘用車，汽車的重量都是超過了臨界質量的，也就是汽車的重量就是影響油耗的關鍵，減重都能夠顯著的降低能耗。在低速狀态下電動的能耗反而比燃油車更低，主要在于乘用車無法做到像電動車那樣随時啟動，随時停止，乘用車的大量能耗都耗費在了等待紅綠燈或者堵車造成的無效能耗上。

如果隻是滿足市内通行需求，電動車的優勢非常明顯，但是在高速路況下電動車缺乏明顯的優勢。因此，要想增加電動車的吸引力，滿足車主在高速路況下續航需求，或者進一步降低市内通行的電耗（既可以降低充電成本，還可以節省充電時間），就得繼續增加電池的能量密度，從而在不增加電池重量的情況增加虛電量或者保證蓄電量的情況下降低電池系統的重量。

如果有一天電池的系統能量密度達到450Wh/kg，也就是電芯能量密度能夠達到500Wh/kg，電動車基本就可以滿足絕大部分出行需求，更低能耗更環保的電動車也将完全取代燃油汽車。

第三節：貨運到底應該采用什麼

貨運的情況是比較複雜的，有的是跑市内，有的是要跑長途，有的是線路路況非常差，還有軸重不同，高速的收費就不同，因此貨運的情況非常複雜，組合也非常多，下面我們就幾種常用情況進行分析。

根據第二節相關的數據，重卡的臨界質量主要有三組：

從上面的表格就可以看出，不論是柴油重卡還是電動重卡，其臨界質量都在藍牌輕卡和2軸重卡的額定載重量之間，其中90千米高速路況下，臨界質量接近2軸重卡的額定載重量，而60千米低速路況和差路況下，臨界質量接近藍牌輕卡。

通常2軸，3軸跑的都是中短途，經常走比較差的路況，續航達到500千米就可以，而4軸5軸6軸主要是跑重載長途，續航裡程最少要達到1000千米。為了簡化我們的分析，我們接下來将分為重載高速長途，藍牌低速輕卡兩大類情形進行分析，其中重載又分為2軸，3軸，4軸，5軸，6軸等，我們選取最具代表性的2軸輕卡、2軸重卡、6軸長途重卡做進一步分析。

第1小節：2軸藍牌輕卡

目前藍牌輕卡的限重是4.5噸，目前汽車空載重量大約在2.5噸到3噸之間，載貨量大約在1.5噸到2噸之間。

藍牌輕卡通常都是市内短途，續航裡程隻需要滿足滿載一天一充就可以了，但是以目前的技術如果一天一充，藍牌輕卡的壽命将不足5年，因此從經濟性的考慮藍牌輕卡載電量應該滿足3天一充，綜合來看續航達到250千米是能夠滿足絕大多數情況下的需求。

輕型載貨汽車外形參數：滾動阻力系數0.0165，風阻0.5，風阻面積4平方米，常用續航速度60千米，續航裡程500千米。

根據汽車的能耗公司，滿載4.5噸的電動輕卡需要的能量是：

45000N*0.0165*250*1000m 1/2*1.293kg*0.5*4m²*（16.67m/s）²*250*1000m=371250000N*m 179655174N*m=

275452587J。每度電實際做功是3086550J，這些能量約等于89度電。目前電池的能量密度是300Wh/kg，系統能量密度可以做到220Wh/kg，這意味着整個電池系統的重量是405千克。

藍牌柴油輕卡的能源系統重量與普通乘用車接近，差不多也是300千克，如果将柴油能源系統更換為電動能源系統，能源系統的重量将達到455千克，增重155千克左右。如果采用一些輕量化的措施，是可以将電動藍牌輕卡空載重量控制在3噸以内的。也就是說，以目前最先進的三元電池技術，已經可以滿足藍牌輕卡全部電動化的要求的。

如果采用磷酸鐵锂電池，其系統能量密度隻有160Wh/kg，這個電池系統的重量将達到566千克，相比柴油汽車增重将達到310千克，是無法依靠輕量化達到控制重量達到3噸以内的。顯然，如果采用磷酸鐵锂電池，電動藍牌輕卡的載貨量将大幅下降，經濟性也将明顯下降。

第2小節：2軸及以上重卡500千米短程

目前藍牌輕卡的限重是18噸，目前2軸柴油重卡整車質量大約在7噸到8噸之間，載貨量大約在9噸到11噸之間。

黃牌重卡通常要滿足500千米的長途運輸需要，經常需要走高速。2軸重載汽車外形參數：滾動阻力系數0.013，風阻系數0.6，風阻面積6平方米，常用續航速度90千米，續航裡程500千米。

根據汽車的能耗公司，滿載18噸的電動重卡需要的能量是：

176400N*0.013*500*1000m 1/2*1.293kg*0.6*6m²*（25m/s）²*500*1000m=1146600000N*m 727312500N*m=1873912500J。每度電實際做功是3086550J，這些能量約等于607度電。目前電池的能量密度是300Wh/kg，系統能量密度可以做到220Wh/kg，這意味着整個電池系統的重量是2760千克。

根據玉柴、濰柴、中國重工的網站的數據，2軸重載汽車的發動機重量通常在400到600千克，變速箱的重量通常在250到400千克，通常為了跑遠程，2軸大貨車通常都攜帶了400升到600升的大油箱，加滿油後油箱加油的重量通常有400千克。綜合來看，2軸重載汽車動力系統重量在1200千克左右。

18噸載重的電動卡車電動機功率應該不低于250千瓦，電動機的功率密度可以達到2.5：1，因此電動機的質量最低是要有100千克，單變速器的質量不重，大概隻需要20千克。要想保證額定載重不減少，那麼電池的重量應該不高于1080千克，這個重量是顯著小于2760千克的。

如果載貨汽車大量采用輕量化設計，以目前的技術還可以減重1噸左右，也就是說考慮到汽車減重，電池組重量也隻能增加到2080千克。如果考慮電能替換到燃油帶來的能源節省，減少一噸額定載重，電池組重量最多也就能夠增加到3080千克。這個重量是勉強大于2760千克的，也就是說以當前的電池技術是可以保證2軸貨車在重載的情況下500千米的運輸需求。

貨車增加1軸，為了增強車身的強度車重也會增加1噸，同時額定載重增加6到7噸，500千米的裡程需要的電能會增加144度蓄電量，相當于就得額外增加655千克電池。因此相比燃油汽車，油改純電動會降低一點額定載重。這個主要取決于油改電後節省的能源成本與減少的載重收入進行權衡，如果節省的能源成本顯著多于減少0.7噸核載的帶來的收入，油改電就還是有動力的。

第3小節：2軸及以上重卡1500千米以上遠程

同樣載荷，行車裡程增加2倍，所需的能源也将增加2倍。對柴油重載貨車而言，隻需要加大油箱就可以跑的更遠。即使不加大油箱，可以在沿途加油。對卡車車主而言大油箱有一個優點，可以考慮在油價更便宜的加油站加足加油，降低燃油成本。

電動卡車續航要從500千米增加到1500千米，汽車的蓄電量同樣也得增加2倍，以2軸重載貨車為例，蓄電量就得從607度增加到1821度。

電量增加2倍，可以是電池數量增加2倍，也可以是電芯能量密度增加2倍。繼續成倍增加電池重量會大幅降低額定載重，這顯然是很不經濟，大量能源浪費在運電池上，因此最佳選擇就是繼續增加電池能量密度。如果不增加整車重量，保證額定載重，電池組的系統能量密度至少要達到591Wh/kg，電芯能量密度則要接近700Wh/kg。目前來看，沒有任何電池技術能夠達到這種能量密度，未來隻有锂硫電池和固态電池有可能會接近這個能量密度。

如果采用一天一充的模式，裡程續航達到800到1000公裡其實也足夠了，考慮到電池會衰減，保證車載電池有1000公裡的裡程續航是長途貨運的最低要求。滿足裡程續航的要求，蓄電量就隻需要1214度，如果不增加整車重量，保證額定載重，電池組的系統能量密度至少要達到394Wh/kg，電芯能量密度則要接近500Wh/kg。要想達到這個比能量密度，目前來看大概仍隻有锂硫電池和固态電池這兩個技術路線。根據産業界的研究，大概得要等到2030年前後才能量産達到這樣的電池能量密度的電池。

氫燃料電池具有能量密度大，無污染的優點，因此備受行業關注。日本和韓國的氫能源技術是最先進的，國内的長城汽車對發展氫能源汽車的呼聲也非常大。恰好我對氫能源也有一定的研究，今天就給大家做一個對比。

第一節：氫氣的特性

氫氣是已知的熱值最大的物質，其能量密度為1.4235×108 J/kg（2.82×105 J/mol），1千克氫氣蘊含的能量是汽油的3.2倍，柴油的3.3倍，其能量大約相當于39.5度電。氫也是相對原子質量最小的物質，因此其最簡單的化合物質氫氣密度低至0.0899 kg/m³，也就是1000個立方的氫氣才有89.9公斤，體積能量密度太低了，這就導緻氫氣很難存儲。

為了以更少的體積存儲更多的氫氣，科學家正在想各種方法，總的來說是2條路徑4個方向。第一條路徑是通過物理的方式增加氫氣的體積能量密度，這條路徑有2個方向，第一個方向是高壓儲氫，也就是把0.1兆帕的常壓氫氣壓縮至35兆帕甚至更高的70兆帕，這也是目前最廣泛的路徑；第二個方向是氫氣低溫液化，氫氣在液化的狀态下的密度是70.4千克/ m³。

附注：從氫氣物性表可以看出，在35兆帕壓力下，每立方米高壓氫氣可以裝載23.7千克，70兆帕壓力下，每立方米高壓氫氣可以裝載39.6千克氫氣。

第二條路徑采用各種物質吸附氫氣，這條路徑也有2個方向，第一個方向是采用稀土金屬吸附氫氣，第二個方向是采用有機化學物質溶解氫氣。這條路徑還沒有産業化，相比第一條路徑，儲氫密度還是偏低。

第二節：氫氣的生産與運輸

目前氫氣的生産主要有方式是用煤、天然氣等化石燃料生産氫氣，還有一部分是冶金過程中的副産氫。用化石燃料生産氫氣可以滿足大規模的冶金需要。目前煤制氫的成本在0.8元/ m³左右，相當于每公斤的價格在9到10元左右。天然氣制氫的成本要稍微高一點，大約在每公斤13元左右。

化石燃料制氫和工業副産氫有兩個缺點，一個是需要使用大量的化石能源，依然會導緻大量的溫室氣體排行，不是很環保。第二個缺點是不論是化石燃料生産的氫氣還是冶金的副産氫氣，氫氣的純度都偏低，無法直接作為燃料電池的燃料，需要對氫氣進行提純，而這是需要大量的能量的。

目前備受關注的電解水制氫，電解水制氫有兩個優點一個缺點，第一個優點是整個能源循環是從水電解變氫，氫氧化合又變成了水，整個過程都是無污染的水，非常環保，可以書是理想的清潔能源；第二個優點是純度非常高，可以直接作為氫燃料電池的能源。

電解水制氫氣最大的劣勢是需要大量的電能，成本比較高。氫氣的熱值非常高，大約相當于39.5度電。水電解變氫，氫氧化合變成水是一個互逆的過程，這意味着理論上講電解水制1千克氫最少也需要39.5度電。但是電解水是有效率或者熵增損失，目前可以做到45度到55度電可以電解1千克氫氣。如果為了方便運輸，把氫氣液化還得增加6度到20度左右電力，那麼意味着1千克液氫的平均耗電量大約是63度電。

按照當前的電價，水電解氫氣的平均電力成本就在40元左右。如果算上蒸發損耗，加上生産、運輸、存儲、銷售等方面的成本和利潤，每千克水電解氫氣的零售價大概率要超過60元。

第三節：氫燃料電池及氫能源的熱效率

目前商用的柴油機最大的熱效率就是45%左右，稍微老一點的柴油機的熱效率是40%。同樣的，燃料電池其實就是催化氫氧反應并釋放電子的媒介，這個過程也是有熵增損失的：目前氫燃料電池的電堆熱效率大約是在50%到 80%之間，燃料電池系統熱效率比電堆熱效率還要低一些，通常在40到70%之間，而且功率越大燃料電池電堆熱效率就越低，整個系統的熱效率也就越低，系統熱效率在40%到70%之間波動。

随着技術的進步，采用燃料電池加電池的混動模式，燃料電池綜合熱效率有望穩定在60%左右的水平，也就是每千克氫氣可以發電23.7度，算上電池的充放電損失，1千克氫氣可以有效釋放的電能是22.5度。為了生産1千克氫氣，需要耗費63度電，但是1千克氫氣隻能釋放22.5度電，液氫的綜合熱效率是35%左右。

對比一下，目前汽油機的熱效率是35%到40%左右，柴油機的熱效率是40%到45%左右。汽油和柴油的煉化能耗是53到57千克标油/噸，每千克汽柴油的煉化能耗大約是239000J，算上煉化能耗，汽柴油的綜合熱效率也隻是下降2個百分點。

電池的正極材料不同，環境溫度不同，電池的充放電效率不同，一般來說大約在50%到90%之間，三元電池的充電熱效率明顯高于磷酸鐵锂。随着技術的改進，電池的充放電效率越來越好，有望達到90%的水平。

用上面的數據就可以分析出，如果從節能的角度看，氫能源的熱效率是最低的，是最不節能的能源，汽油稍優于氫能源，柴油則明顯好于氫能源，最節能的當屬充電電池。

第四節：氫能源在長途領域的應用

目前最先進的高壓儲氫罐是日本豐田研究的，儲氫密度達到了5.7%，也就是說氫罐總重量100千克，可以儲氫5.7千克，這相當于存儲了128度電，換算成電池能量密度就是1280Wh/kg，這個能量密度是遠遠高于當前的動力電池的，從能源動力系統的角度看，這個能量密度已經開始接近乘用車的汽油水平了。根據我們第二章的分析，這個能量密度基本上是可以滿足長途貨運的需要了。

如果采用液氫儲氫罐，其儲氫密度可以達到10%以上的水平，也就是氫罐總重量100千克，可以儲氫10千克，這相當于225度電，換算成電池能量密度就是2250Wh/kg。如果從動力系統的角度來看這個能量密度，能量密度已經非常接近柴油大卡的水平了，可以廣泛應用在長途貨運和客運領域。

第五節：氫能源在航空領域的應用

航空煤油的質量能量密度是42兆焦耳/千克，體積能量密度是33.6兆焦耳/升。航空飛機的熱效率是非常高的，達到了60%左右的水平，也就是說1千克航空煤油的有效做功是25.2兆焦耳左右，或者1L升航空煤油的有效做功是20.2兆焦耳/升。

液氫的質量能量密度是142兆焦耳/千克，體積能量密度是10兆焦耳/升，氫能的熱效率可以提升到80%左右的水平。從理論上看，液氫的質量能量密度遠高于航空煤油，體積能量密度遠低于航空煤油，如果飛機把煤油改為液氫，必須把飛機的油箱改的更大，否則續航裡程會大幅縮水。

上面隻是說了液氫的物理的熱值，實際上液氫的儲存難度遠大于航空煤油。據測算，液氫的儲氫密度是10%，這個比例的含義是儲存1千克的液氫，儲存液氫的氫罐重量是9千克，傳統的燃油箱差不多是相反的。如果算上存儲材料的重量，儲存液氫的質量能量密度将降低到14.2兆焦耳/千克，有效做功是11.3兆焦/千克，大約是航空煤油的45%。液氫存儲罐需要隔熱材料，體積能量密度下降幅度也将明顯大于航空煤油，液氫的體積能量密度大概将降低到9兆焦耳/升，有效做功降低到7.2兆焦耳/升，大約是航空煤油的36%。

飛機的自重越低，油耗也就越低。航空飛機的航程與載油量有密切的關系，載油量大，飛機的航程就越遠，飛機的航程就越遠。空客A320的油箱大約是29600升，滿載23.6噸油，最大航程6200千米。但是飛機的載油量越大，就有越多的能源就浪費在了運油上。空客A320的油箱大約是29600升，滿載23.6噸油，最大航程6200千米，其中大量的油就浪費在了運20多噸的油上上。如果飛機使用液氫作為能源，采取分段運輸的方式進行長途運輸，可以有效的改善液氫質量能量密度和體積能量密度的弱點。譬如将液氫飛機的航程降低為2000到2100千米，飛機的儲存體積不用明顯增大，但是儲存液氫的儲氫系統的重量明顯低于滿油時儲存航空燃油的儲能系統，因此能耗還将有所下降。

對于類似于A320等單通道幹線航線，液氫飛機可以設計為2000千米到2100米航程，如果采用優化的2連機和3連機的中轉方案，可以滿載絕大部分的國家的國内航程的裡程或者部分國際航空裡程的需求。對于類似于A330這樣的超遠程飛機，載油箱體積通常高達120立方米以上，載油量是A320的4倍，航程通常達到12000千米到14000千米。如果超遠程液氫飛機也采用如此大的儲氫體積，其航程有望達到4300千米到5000千米，通過2連接或者3連接的方式也可以滿足洲際航空的需求。

前面說的是商業航空采用液氫的一種處理方法，下面要說的是液氫在無人駕駛領域的應用。目前無人駕駛飛機有兩種類型，一種是較大型的無人駕駛的噴氣式的飛機，通常搭載的是燃油，譬如一些軍用無人機；一種是較小型的無人機，如果是螺旋式的飛機通常搭載的是電池，譬如大疆飛機和一些噴灑農藥的飛機，還有億航等研發的小型無人駕駛飛機，下面主要分析的是小型的無人駕駛飛機。

目前億航基于電池儲能系統已經開發了EH216飛行器，重量220千克，飛行速度130千米/小時，滿載航程35千米。如果采用液氫能源系統，儲能量将比電池增加4倍以上，在保障載重量的基礎上，飛機的續航就有望達到140千米，已經足夠滿足短途出行的需求了。如果适當增加飛機的尺寸，增加無人飛機的載氫量，可以将無人飛機的續航輕松增加到100千米到800千米，基本滿足個人中短途的出行需求。

發展載人無人駕駛飛機，可以有效的降低國家對鐵公基的需求，減少大量的碳排放和建築垃圾的産生。無人駕駛飛機不受路網的限制，可以大幅增加出行速度，進一步改善人類的出行體驗。大城市由于人口密集，停車難導緻出行難，而且路邊停車大幅占有了寶貴的路網資源，降低了出行效率。如果采用無人駕駛飛機，就可以在市中心建設停機大樓，幾棟高層超高層停機大樓就滿足數千架甚至數萬架無人機的停機需求，可以節省大量的土地資源。

全球飛機的二氧化碳排放量已經占據了全球全年二氧化碳量的2%，随着飛機出行需求增加，飛機航空的二氧化碳排放量還将大幅增長。如果采用氫能替換，商業航空就可以實現零碳排放。對私人乘用無人航空，則可以進一步降低出行成本，節省大量的出行時間。可以預見，未來氫能源将來在航空領域大放異彩。

注意：燃油車的油耗與開車習慣、路況、載重量和汽車重心、發動機的熱效率、機械傳動效率、汽車的扭矩和爬坡能力（發動機功率）、輪胎的抓地能力，油品等都有密切關系，因此汽車的油耗會因車型而不同，上面的油耗是基于滿載情況，平均發動機效率，平均油品下的試算，因此油耗測算會與部分車型有一定出入，但是都可以根據風阻公式和滾動阻力公式進行具體車型的調整。

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