水氢发动机为什么不能实现？
水氢发动机为什么不能实现
今日话题时下国内油价高企，不少车主连声叫苦，吐槽水要能变油该多好，南阳日报却趁机吸引眼球，一则《水氢发动机在南阳下线，市委书记点赞！》，让庞青年火了，谁知仍未量产，水氢发动机到底为......接下来具体说说
为什么说水氢发动机违背了热力学靠前定律？
自从热力学靠前定律在19世纪中叶建立以来，人类就已经认识到，任何违背能量守恒定律的机器都是不可能运转的，否则就能制造出永动机。最近，闹得沸沸扬扬的水氢发动机就是一个例子。
据称，水氢发动机可以用一种特殊的催化剂让水分解成氢气和氧气，然后，氢气被送入氢燃料电池中，为氢燃料车产生动力。这种车加水就能行驶，氢气的制造成本近乎没有。
乍一看，似乎这样没有什么问题，水分解成氢气和氧气，并且氢气可以作为动力来源。那么，为什么说这种发动机会违背能量守恒定律呢？
这里的问题就出现由水制造氢气上。在正常情况下，水分子中的化学键非常稳定。只有当温度升高到超过2000度时，水分子的化学键才会发生断裂，从而形成氢气和氧气。另外，在通电的情况下，水很容易分解成氢气和氧气。也就是说，水的分解需要消耗大量的能量。
催化剂的作用是加速水的分解反应，它只能增加反应速率，使反应更快趋于平衡，但并不能改变水的分解需要消耗大量能量的事实。即便消耗大量的能量来制造出氢气之后，氢气作为燃料来驱动车辆前进，这又会损失掉不少的能量，因为化学能转变为机械能存在效率问题。
因此，水氢燃料车的能量输入其实是大于能量输出，这显然是违背了能量守恒定律，这样的汽车不可能制造出来，否则它就成了某种意义上的永动机。
水氢发动机不可能实现？这群爱尔兰科学家正在尝试寻找解决办法
文/有钳出品
今年5月份，一篇名为 《水氢发动机在南阳下线，市委书记点赞！》 的文章在网络上引发热议，该报道称： “河南南阳氢能源汽车项目取得最新成果，车辆只需要加水就能行驶” 。这句极具“未来科幻感”的通告瞬间引发了网友们的热议，或者说，瞬间引发了网友们的质疑，质疑者中还包含了大量的行业专家，其中众人的质疑重点就是 “车载水实时**为氢能源”这种技术是否真如庞青年所言的，已经达到了实用化的程度呢？
当然，这个问题并不是本文讨论的重点，本文的主角是一群来自爱尔兰都柏林三一学院的科学家们， 他们目前正在致力进行的研究也许能够让“水氢发动机”这一神秘概念化为现实。
▲从左到右，马克斯·加西亚-梅尔克尔教授和博士研究生迈克尔·克雷格，他们的团队正在探究“水化氢”催化剂的秘密（图源:都柏林三一学院）
来自都柏林三一学院的研究团队正在致力于寻找清洁能源“氢能源”目前的生产中面临的一个重大问题：催化剂。在 “如何通过恰当的催化剂高效将水化为氢气” 这一研究课题方面，他们投入了大量的时间和精力，并在最近取得了突破性进展。
研究人员在 《自然通讯》 上发表了一篇新论文，该论文表示“通过电化学水分解实现大规模制氢的主要障碍是现有的析氧反应催化剂的成本太高且效率太低”，而他们的研究团队正是在这一主题上进行了研究并有了新的发现。
▲火星南极冰盖下面可能隐藏着一个20公里宽的湖泊（图源：NASA）
水可以说是咱们目前所观测到的宇宙空间中存在的最丰富的化合物，其中一个重要原因就是它是由这个世界上最常见且最丰富的两种元素组成的，另一个总要原因就是它的结构极其稳定，很难被破坏。而地球也可以说是最适合稳定液态水存在的地方——咱们这儿温度和大气压强组合恰好适合液态水的稳定存在——近些年的探索表明火星上也存在水，科学家们经常对此表示困惑，其中一个重要原因就是火星上的空间环境与地球大相径庭（可以说是地球的快进版本），所以他们很难想象为什么火星上会存在维持生命的液态水。
没有烧杯，只有电脑——研究人员是怎么做实验的？
尽管有不少元素/物质能够有效地分解相对稳定的液态水，比如说钌或者铱（你能从元素周期表中找到这两种贵金属），不过对于实验室来说，这些贵金属的价格也真的很“贵”，如果仅仅是做一两次试验，研究人员或许还负担得起，但是要说把这种稀有元素用在大规模水化氢的生产制造中，那么其成本绝对完全远远超出了现实商业化的标准。 事实上，目前在水制氢产业中，还没有任何人发现那些成本效益高、高可用且可靠的催化剂。
▲研究人员在研究论文中列出的催化剂
那么，研究人员是通过怎样的手段进行研究的呢？实验室白大褂？黑框眼镜？大口径烧杯还是奇怪的“臭鸡蛋”味道？我必须在你想象出某种艰难的实验室科研环境之前打断你，因为三一学院的研究人员仅仅只是和你我一样坐在办公桌前， 敲着鼠标键盘完成了所有的“试验工作”。
是的，来自三一学院的化学家和理论物理学家聚在了一起，将新颖的智能化学和强大的计算机能力结合到了一起，并找出了有望成为水制氢催化剂“圣杯”的潜在解决方案。
▲研究人员对不同进程的析氢反应进行研究
这支由上文提到的**·加西亚-梅尔克尔教授领导的研究小组在通过高性能计算机试验研究水制氢的有了一个突破性发现：现有的研究中一直低估了一些更活跃的催化剂的效率，由此，“氢超电势”的障碍似乎有了一种更容易克服的办法。此外，在对一个已经被广泛接受的预测水制氢催化剂效率的理论模型进行改善的时候，他们还发现超级计算机在寻找以往令人难以捉摸的“绿色子弹”催化剂过程变得极为容易。
▲研究团队提出的加速发现析氢反应（OER）催化剂的可行方案
超级计算机的模拟过程可以大大加快现有的大部分化学实验的过程，使用强大的计算模型也为科学家提供了一个“全新的视角”，通过超级计算机，他们很快就能辨别什么是有效的、什么是无效的，虽然很多结果需要实际的试验进一步来确认，但是毋庸置疑的是，计算机能够为他们指明前进的方向。
为什么氢能源如此重要？或者说，为什么现在对这种新型清洁能源的研究这么引人注目？事实上，氢气作为一种绿色能源的潜在方案，它可以为汽车等交通工具和其他多个应用领域提供电力，相比其他可再生燃料，氢能源可能是最有希望大规模获取并且是“最清洁”的燃料之一。大约在10年前，在《Top Gear》节目上，詹姆斯·梅测试了一辆氢动力的本田汽车，其发动机燃烧之后所产生的唯一副产品就是——水。
▲本田在氢动力汽车上投入了大量的研究
庞青年火了？水氢发动机为何难以实现！
今日话题
时下国内油价高企，不少车主连声叫苦，吐槽水要能变油该多好，南阳日报却趁机吸引眼球，一则《水氢发动机在南阳下线，市委书记点赞！》，让庞青年火了，谁知仍未量产，水氢发动机到底为何难以实现？
1、水要能变油该多好？
据公开资料显示，虽然油市基本面并未发生较大变化，但是油市悲观情绪不改，国际原油价格于5月21日起开始下跌，其中欧洲布伦特原油期货指数三日跌幅达6.4%。美国原油期货指数三日跌幅达8.1%，或将创国际两大原油价格六个月来最大的日、周线跌幅，所幸油价大幅下跌下，让国外车主出行成本更为低廉，可惜面对国际油价下跌，国内成品油价也仅是微跌，让不少车主吐槽，水要能变油该多好；
2、庞青年火了？
众所周知，今年国内油价的9次调整，上涨已占7次，实在让不少车主连声叫苦，而《南阳日报》却趁机吸引眼球，发布《水氢发动机在南阳下线，市委书记点赞！》，报道声称庞青年所创的青年汽车，其水氢发动机已下线，车载水可实时制取氢气，汽车加水即可行驶，100公里仅耗水100公斤，南阳市政领导到场考察后，也为最新成果点赞，就此看来，如确实可行，势必引领新一波新能源潮流；
然而，消息一出瞬间引爆全网，该项技术却引来媒体质疑，并表示从科学原理而言，虽然通过水和铝合金材料反应，的确可获取氢气，但是加水是为了铝合金材料发生水解反应，且利用氢气和燃料电池堆作用，而产生电能，并非只靠水就能发动，另外汽车行驶也会不断消耗铝合金材料，需不断添加铝合金材料，其后靠前财经爆料，称青年汽车法人名下竟有48家企业，但青年汽车自身存在风险498条，严重风险更高达142条，警告88条，令人不禁惊叹；
3、水氢发动机为何难以实现？
事实上，早在今年4月，虽然作为水氢技术关键专利的注册源地，湖北工业大学拟定，将两项有关水解制氢铝合金及其制备方法的专利，*家授权给南阳市青动能源科技有限公司，目前从制氢效率到速率方面皆可实现，相比传统电解水制氢的氢燃料车，水氢技术省去加氢站的限制，车载制氢更为稳定安全，未来或推出生物制氢技术；
岂止，南阳市工信局却表示，该项目仍在验证阶段，暂未正式生产，那么水氢发动机为何难以实现，首先成本是限制氢能规模化应用的最大问题，无论是传统氢燃料技术，还是现今的水氢技术，都需要高昂的制作成本，以传统氢燃料技术为例，炼厂用天然气制氢，每吨成本在8000元以上，若应用整车领域，还因其燃料电池成本高，及储存难度高，而额外增加成本，虽然水氢技术相对易储存，但是仍难逃高成本的问题；
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