上一期讨论中，我们提到了氢内燃机目前存在的几个问题（讨论丨氢内燃机，情怀or进步？），今天这一期小编想来和大家一起学习讨论一下氢内燃机技术中的两个关键问题。1、氢气储存难度为何如此大？自从18世纪拉瓦锡给氢命名以来，对氢的研究已有多年的历史，氢作为一种气态物质，人们一直致力于通过提高氢的密度将其储存来提高氢能利用的效率，但氢气储存难度较大，主要有以下三点原因。第一，所有元素中氢的重量最轻，在标准状态下，它的密度为0.g/L，为水的密度的万分之一。在-.7℃时，可变成为液体，密度为70g/L，仅为水的十五分之一。第二，作为元素周期表上的第一号元素,氢的原子半径非常小，氢气能穿过大部分肉眼看不到的微孔。不仅如此，在高温、高压下，氢气甚至可以穿过很厚的钢板。第三，氢气非常活泼，稳定性极差，泄露后易发生燃烧和爆炸。氢气的爆炸极限：4.0~74.2%（氢气的体积占混合气总体积比）。目前较为成熟及前景较好的储氢技术，一共四种：高压气态储氢、低温液态储氢、固态合金储氢和有机液态储氢。每一种储氢技术都有各自的特点，有优势的地方也有其不足的地方，下表列出了四种储氢技术各自的单位质量储氢密度、优点、缺点以及主要应用情况。氢目前还没有化石燃料那么高的能量密度，这就意味着如果要达到理想的续航里程需要存储更多的氢气。比如前面提到的宝马Hydrogen7采用能量密度最高的液态储氢法，然而它需要一个性能极好的绝热层，但再好的绝热层也无法完全阻止其散热和蒸发。由于吸热，不断有液态氢汽化，导致瓶内压力升高，然后就会触发瓶身安全阀的开启来释放压力。因此，如果12天以上不使用，氢气就会因释放压力而完全泄露掉。2、氢内燃机在燃烧氢气时产生有害的氮氧化合物NOx可能有人会疑惑：氢气燃烧不就是生成水吗？哪儿来的氮氧化合物啊？其实，按照不产生氮氧化合物的想法理解也没有错，并且也可以实现，就是车上背个氢气瓶，然后再背一个氧气罐，用纯氢和纯氧混合燃烧的话确实只生成水，然而这只是理想状态，现实中没有人会这么用，不只是因为危险，而是气体的存储问题将再次升级。那么，氮氧化合物是怎么产生的呢？主要的原因是地球的空气中是含有氮气和氧气的，这两种气体常温下是不会发生化学反应的，但是被吸入内燃机后在高温高压的环境下就会产生化学反应，形成有害的NOX氮氧化合物。实际上热力型氮氧污染物就是在高温、高压及富氧条件下产生的，而氢气燃烧的热值极大，几乎是汽油燃烧的三倍（这就是为什么火箭要用液态氢、而不用汽油，因为热值高），而氢气燃烧对氧气消耗还少，所以容易造成高温、富氧状态，结果把燃烧室剩余的氮气高温氧化成氮氧化物，从而造成了污染，这就是很尴尬的问题了！但是，有人会说，汽油机同样是高温、高压和富氧条件啊，这种氮氧化合物在汽油机上也同样会产生呀，那为什么汽油机还能如此坚挺并普及了呢？其关键就在于，汽油机上装载了一个叫三元催化器的玩意儿！汽油机可以通过三元催化器，用同时产生的另外两种排放物HC和CO来作为还原剂，将NOX还原成无害的氮气N2和氧气O2，如下图所示。那氢内燃机上为什么不也装一个三元催化器呢，这样不就没问题了么？事实上，并不是想的那样。氢内燃机中根本就不排放HC和CO，还原剂没有，即使装了三元催化器也无用武之地了。因此，NOX排放如何解决就成为一个比较头疼的问题。要知道NOX在柴油机上也会产生，并且是大众柴油排放作弊丑闻的核心问题，技术上是很难解决的。宝马在氢内燃机中为了解决氮氧化合物NOX排放问题试图让氢内燃机在2倍空燃比的稀薄燃烧情况下运转，从而降低燃烧温度，抑制NOX的产生。不过这样会让氢内燃机的性能大幅下降，并且也仅仅是抑制了NOX的产生，并不能消除，同时又进一步放大氢内燃机能量密度低的缺点。参考文献[1]KurokiR.HYDROGEN-FUELEDINTERNALCOMBUSTIONENGINE[J].MechanicalEngineering,6,93.[2]

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