什么阻止了氢气成为汽车内燃机燃料？ 氢气，作为一种洁净的能源，曾一度被认为是未来汽车内燃机燃料的理想选择。然而，尽管它在理论上具备许多优势，如清洁、高效、无污染，但在实际应用中，氢气却迟迟未能成为汽车行业的主流燃料，其中最大的障碍之一就是氢气的不稳定性问题。 氢气的最大特点之一便是其极强的易燃性。氢气在空气中的爆炸极限范围广泛，从4%到75%的氢气浓度都能引发爆炸。相比之下，汽油和柴油的可燃范围要窄得多。这意味着氢气在与空气混合后，即使是在低浓度下，一旦遇到火源或高温，也很容易引起燃烧或爆炸。 此外，氢气在常温常压下极其轻盈，容易迅速扩散开来。一旦发生泄漏，氢气会迅速升空，因此较难控制其泄漏范围，增加了安全隐患。即便是微小的泄漏，氢气的迅速积聚与爆炸风险，也使得氢气在封闭环境中的使用变得更加复杂。 因此，氢气在汽车内燃机中的应用不仅要求更加高效的氢气存储技术，更需要采取更加严密的安全保障措施。如果没有一种能够有效控制氢气泄漏和爆炸的技术或方法，氢气作为汽车燃料的普及将受到严重制约。 与其他常规燃料相比，氢气的储存和运输问题尤为复杂。氢气的分子结构非常小，这使得其在常规容器中容易渗透或泄漏。为了防止这一点，氢气必须储存在非常高的压力下，这要求燃料箱具备足够的强度和防护能力，避免在碰撞、意外或极端情况下出现泄漏。 目前，氢气通常通过高压气体瓶储存，压力一般为350或700巴（即常见的350倍或700倍大气压力）。然而，这样的高压系统无论是在成本还是重量上，都对汽车设计造成了极大的挑战。为了保证足够的行驶里程，车载氢气的储存瓶需要占据较大的空间，并且必须具备良好的密封性和防爆能力。因此，高压氢气瓶的设计和生产成本较高，且储存系统的重量和体积大大增加了汽车的整体重量，进而影响了车辆的燃油效率和性能。 如果采用液氢储存（即将氢气冷却至极低温），尽管氢气密度更高，但这种储存方式的技术难度和成本也非常高。液氢的温度低至-253°C，保持氢气在液态下需要消耗大量能源。此外，液氢在储存和运输过程中也会面临氢气蒸发和泄漏的问题，因此即使是液氢的储存方式也存在不小的挑战。 氢气在高温环境下具有较强的反应性，它可能与空气中的氧气或燃烧室内的高温部件发生反应，形成氮氧化物（NOx）等有害物质，影响发动机的效率和环境友好性。虽然氢气燃烧时生成的主要产物是水蒸气，但高温燃烧过程中，若氧气供应不足或氢气在燃烧过程中受到过度压缩，仍然会产生一定量的污染物。 此外，氢气的高反应性还使其在燃烧过程中容易与金属材料发生反应，导致金属的腐蚀和结构的疲劳。因此，氢气在发动机燃烧室内的使用，要求发动机的材料能够承受高温、高压和化学反应，这进一步增加了汽车发动机设计的复杂性和制造成本。 汽车内燃机的核心问题之一是燃烧的稳定性。传统的汽油和柴油引擎，在燃烧控制上已经有多年经验，相关的技术也非常成熟。相比之下，氢气的燃烧特性较为特殊，燃烧过程非常迅速且难以控制。氢气燃烧温度高且均匀性差，可能导致发动机内部温度的不均匀分布，从而影响燃烧效率并加速发动机的磨损。 此外，氢气的高热值与快速燃烧特性，可能使得发动机部件受到较大冲击，从而导致发动机过早失效。为了解决这一问题，工程师们必须研发出更加精细化的燃烧控制系统，确保氢气在内燃机中能够平稳燃烧而不会带来额外的风险。这对技术的要求极高，也使得氢气成为内燃机燃料的可行性大打折扣。
