水能变燃料 丰田告诉你这事已经实现了

　　石油这种黑色黄金，在发现之初并不受人重视，但随着人类科技的进步，内燃机的发明，使它成为代替蒸汽时代的重要角色。如今的世界越来越依赖石油能源，基本上所有你能看到的人造物品都离不开它。

　　从牙刷、手机、笔记本到汽车、飞机、摩天大楼，这些改造地球的东西大部分都是直接或间接由石油提供的，而它并不是取之不尽用之不竭的。所以，很多国家都想方设法找到能替代石油的新能源，比如太阳能、风能、水电、核能等，它们都能源源不断的产生电力，用于工业生产或者生活用电。

　　传统纯电动车的制约——电池

　　但是，这些电用在汽车上却并不方便，充电时间长、续行里程短、充电站的建设等弊端让电动汽车的使用受到很大制约。说简单点儿，其实还是归结于电池技术。目前还没有能真正量产的大容量快充电池，能满足人们对电动汽车的需要。所以，丰田汽车正在致力于解决电动汽车的核心问题——电池，目前的锂电池的能量密度为200wh/L，而丰田正在研发400wh/L的固体电池，当没有划时代的电池出来之前，丰田汽车只力求将油电混动做到极致，而且确实已经很极致了。

　　在对电池深入研究的同时，丰田汽车一直都没有放弃纯电动汽车的研发，但与其他大部分汽车厂商大相径庭的是，丰田采用的是一套燃料电池技术。虽然这个燃料电池也带着“电池”两个字，但其实它并不是能充放电的普通电池，而是一套发电设备。举个例子来说，核电站的燃料是放射性元素棒，燃料电池的燃料则是整个宇宙中到处都有的最基本的元素——氢。单独的氢原子是非常强的还原剂，自然界中只有在极端环境中才会存在被电离的单独的氢原子，而两个氢元素结合在一起便成了氢气，这种稳定的物质才能当做燃料。

　　纸也能包住火——不需要“燃烧”的FCV燃料电池

　　在传统的认知中，氢气与氧气能够发生剧烈化学反应——燃烧，并生成唯一的产物水，其中释放出大量的热量。这就是氢内燃机的工作原理，但由氢能转化成热能的方式，不仅能源转换效率低，氢燃料很快耗尽，载满氢气的油缸只能行驶数英里，而且安全性方面也很难保证。

　　那么，丰田是如何做到兼顾安全，同时提高能效的呢？那便是在一个完全不产生任何“燃烧”的可控的化学反应过程中，将氢能转化成电能。将氢气作为还原剂，而空气中的氧则承担了氧化剂，氢气将电子释放给氧气，生成唯一的产物水。这样一来，鱼和熊掌终能兼得了。

　　在这个过程中，电子发生了转移，而这种转移就是我们所说的电流，有了电流就可以驱动电动机产生动力。再通俗一点儿，就是丰田汽车将氢气与氧气的“燃烧”变得完全看不到火苗，很平静而且有可持续性，而这种能控制的“燃烧”非常安全，同时产生大量的电力。这一整套的过程看似非常简单，但真正实现确是非常难的事情。

　　二十多年磨一剑——丰田MIRAI

　　丰田汽车从1992年就开始研究这套燃料电池的技术，在进行了不断的研发和改进后，丰田的燃料电池的发电效率到达了业界顶峰，并与2014年生产出真正能够量产和实用化的燃料电池汽车——MIRAI，而它也成为全世界第一款量产的燃料电池汽车。

　　MIRAI采用了创新的氢能源，相比传统的依靠充电的纯电动汽车来说，MIRAI最大优势就是自己发电，而且补充氢气与加油一样方便，只需要3分钟便可以充满，充满一次可以行驶650公里。除此之外，MIRAI还可以充当真正的移动发电站，其发电功率甚至可以满足一个普通家庭用电的需要，当你家停电时也不会害怕了。

　　水竟能变成燃料——氢气的产生

　　也许看到这，大家都知道氢能源以及燃料电池车有多棒，但是问题来了，氢气从哪来？丰田汽车的给出了整套的解决方案。首先，最容易获得的途径就是水。地球上无所不在的水资源，成为燃料电池取之不尽用之不竭的能源来源之一。而学过出众化学的人都知道，通过电解水可以产生氢气和氧气。

　　那么问题又来了，电从哪来？丰田利用的是风能、太阳能、水电等可再生能源发出来的电来电解水，从而将水变成了燃料电池的燃料。用电解水的方式需要一定的电力，看上去似乎是在浪费能源，但并不是这样的。电能通过电网传输，比成品汽油通过陆地交通运输的成本要大大降低，效率要高得多，而这个过程也不产生任何碳排放，也就是说没有石油能源的消耗。从整个生产环节考虑，电解水的方式并不会消耗过多的能源。除此之外，获得氢气的途径还有很多。通过褐煤、下水道污泥甚至是牛粪，都可以通过一系列的化学反应产生氢气，将废物利用供燃料电池车行驶。

　　打造纯净的氢社会

　　目前氢能源的普及率还远远不敌石油，但是在未来，随着电能生产的高效化和更大的规模化，氢，这个宇宙中到处都有的基础物质，可以说是最理想的能源之一。充分利用电能和氢能循环的社会，将会给人类和地球带来可持续发展的美好未来。