氫氣公車為什麼不會爆炸和發動的原理 - 社會議題

By Faithe
at 2013-05-20T00:00

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今天上課上到歐洲一些國家推廣氫氣公車不過氫氣不是會爆炸嗎?為什麼他不會爆炸ㄌㄟ?還有他是如何發動車子的?
這些事都請各位幫幫我解決ㄅ求求你啦
我就好心送15點幫幫我ㄅ
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我覺得有點太長了ㄝ可以把內容縮減一點點嗎?

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By Kristin
at 2013-05-21T06:28

1783年夏末，查理（Jacques Charles）做了一件驚人的大事。他將重量比空氣輕的氫氣充入表面塗佈橡膠的絲質袋子，並駕著這個氫氣球上升到1000公尺高空。他降落地面後沒過多久，嚇壞了的鄉下人就毀掉了這個氣球，但查理從此開啟了200多年來研究人員孜孜不倦的探索歷程：駕馭宇宙中最輕的元素——氫，將它的力量運用到運輸方面。
在為未來車輛提供動力這方面，不論是直接燃燒或是用於燃料電池，氫都是極具吸引力的選擇。原因諸如美國國內工業製造的氫可以來自各種原料和能源（例如再生能源、核能和化石燃料等），這種無毒的氣體還可當做完全無污染的能源，為多種機器提供動力。而且氫燃燒時不會釋出造成溫室效應的二氧化碳，另外如果將氫加入燃料電池堆（類似電池的裝置，可由氫和氧產生電力），可以用來推動電動汽車或貨車，產生的副產物只有水和熱。燃料電池車的效率，可比目前的汽車高出一倍以上。因此，氫有助於緩解許多迫在眉梢的環境與社會問題，包括空氣污染與健康威脅、全球氣候變遷，以及對進口石油的依賴等。
但要真正用氫當做汽車的動力來源，還有很多障礙。如果以重量來比較，氫所含的能量是汽油的三倍，但氫的儲存方式目前還沒辦法像傳統液態燃料那樣簡單緊密。現今挑戰性最大的技術問題，是如何有效地將氫安全儲存於車內，以便為汽車駕駛人提供所需的行駛距離和性能，研究人員必須找出「正好適合」的「金字招牌」方案來解決儲存問題：儲存裝置的氫容納量必須足以達到目前可接受的480公里最低行駛距離需求，而且燃料槽的體積還不能影響乘客或行李空間。儲存槽必須以需要的流速釋放氫，以便在高速公路上加速，並在實際溫度下能良好運作；它還必須能在數分鐘內加滿或充電完畢，而且價格必須有競爭力。但目前的氫儲存技術距離上述目標，都還相當遙遠。
將氫儲存在車內為什麼這麼困難呢？在常溫常壓下（一大氣壓約等於每平方公分1.03公斤重），氫是氣態，能量密度只有液態汽油的1/3000。容積75公升的箱子儲存一大氣壓的氫氣時，只能推動一般汽車行駛152公尺左右。因此要讓車內氫容納系統達到可用的程度，工程師必須提高氫的儲存密度。
氫和各種氣體一樣，冷卻到一定程度就會凝結成液體，在一大氣壓下的冷凝溫度約為-253℃。液態氫的密度為每公升71克，能量密度大約為汽油的30%。將儲存的氫加以液化，可提高其能量密度。在現有儲存方式中，液化氫可在一定容積中達到最大的氫儲存量。這類系統可達到的氫重量密度，依採用的容納及隔熱系統而有所不同。
不過液態氫有幾項重大缺點。首先是它的沸點極低，因此必須加裝冷卻設備，另外在使用時也必須特別注意安全問題，由於它的工作溫度極低，因此容器必須完全隔熱。最後，將氫液化所需的能量比對氫氣施加高壓更多，這點將會提高氫燃料的成本，同時降低低溫冷卻程序的整體能量效率。
儘管如此，還是有一家汽車製造廠商在產品中採用了這項技術。寶馬計畫在今年內推出的Hydrogen 7，將採用能使用汽油（可行駛480公里）也能使用液態氫（可行駛200公里）的內燃式引擎。Hydrogen 7將在美國以及其他設有加氫站的其他國家，銷售給限定客戶。
科學家在研究提高能量密度的可能方法時，或許可以運用氫本身的化學特性。在純氣態和液態下，氫分子只含有兩個相互鍵結的原子。但氫原子跟其他元素形成化學鍵結時，可壓縮得比液態氫更加緊密。目前氫儲存研究工作的主要目標，就是尋找能達成這個效果的材料。
有些研究人員將重點放在名為「可逆金屬氫化物」的材料上，這種材料是荷蘭飛利浦實驗室於1969年意外發現的。研究人員發現，當釤鈷合金接觸加壓後的氫氣時會吸收氫，有點類似海綿吸水的現象，停止加壓時，合金所吸收的氫氣會再度釋出。換句話說，這個過程是可逆的。
這項發現引發了一連串密集研究。美國布魯克海文國家實驗室的雷利（James Reilly），和紐約州薩芬市印科研發中心的山德洛克（Gary Sandrock）率先開發出一種氫化物合金，經過仔細的成份調整後會有吸收氫的特性。這項初步成果成為目前已十分普及的鎳氫電池的基礎。這類合金中的氫密度相當高，往往比液態氫高出150%，這是因為其氫原子被局限在晶格內的金屬原子之間。
金屬氫化物有許多相當適合用在汽車上的特性，它可在較低的壓力下（僅10~100大氣壓）達到高於液態氫的能量密度。金屬氫化物本身也比較穩定，因此不需要額外的努力來維持儲存狀態，不過釋出儲存的氣體時需要加熱。這類化合物最主要的缺點是重量，因為重量太重，做為車內儲存裝置並不實際。金屬氫化物研究人員目前所達到的最佳氫容量重量百分比為2%。這個數字相當於氫儲存系統總重量就高達454公斤（以行駛480公里計算），對於目前約1360公斤的一般轎車而言，這樣的重量顯然過於笨重。

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