加水续航1000公里的轿车：新技术还是老骗术？

刘萝卜锅

这是阿什卡微信公众号的第424篇原创文章

首发于2017年9月6日

▽

不用加油，不用充电，只要加水，续航里程可达1000公里，这样的轿车，你买不买？

如果有这种轿车，当然买。

问题是，有吗？

新闻上真的有：青年汽车集团（简称青汽）发明了全球首辆水氢燃料车，卡车可续航500公里，轿车可续航1000公里。

看来果然有。那就买吧？

这位官人且莫猴急，掏钱之前，我们先看看它是人是妖还是人妖。

从新闻可见，记者们亲眼见证的这辆卡车，全称是“水制氢燃料电池卡车”。

名字很直观，表明了动力原理：

用水制成氢，然后用氢发电，驱动汽车。

氢能发电么？还真能——

氢燃料电池

这玩意现在很火，因为它能效高，零污染（只排放水），各国都在大干快上。

它的原理很简单，简单讲是酱婶儿的：

众所周知，1个氧原子，娶了2个氢原子，就组成1个水分子家庭。

这个家庭很稳定，结了婚，就不容易离，必须暴力强拆。

怎么操作呢？用电刑。行刑手册：

把正、负电极（不啰嗦材质了）插进水里，通直流电，水就和两极发生反应：在负极，水得到电子，被还原形成氢气；而在正极，水失去电子，被氧化形成氧气。

这个拆散水家庭的过程，叫电解水。

这跟氢燃料电池有关系吗？关系大了。

电解水的逆反应，就是氢燃料电池。把上面的过程反过来：

氢放出电子，跟氧复婚，又成了水。氢们放出的电子，就是我们要的电。

这就是氢燃料电池的原理。

咦，这么爽？电可以把水变成氢和氧，而氢和氧又能发电，这样搞法，岂不子子孙孙无穷匮也，能源还是问题吗？千古难题一杯水，世界顿时和平了。

理智告诉我们，世上没有这么便宜的事。因为，有道坎很难迈过去——

一条热力学定律

氢、氧都是很活跃的元素，所谓活跃，就是处在高能态，很容易跟别人发生关系。

而水分子很稳定，所谓稳定，就是处在低能态，不太容易跟别人发生关系。

氢氧合体，是要花钱的——释放出能量，也就是激情燃烧，发光发热。

撒了钱，组成水分子小家，就是从高能态变成了低能态。好比山顶的石头滚进了山坳，释放了势能，也就稳定了。

好吧，自然状态下，总的来讲，物质是从高能态趋向低能态的。这就是热力学第二定律“熵增定律”的表现形式之一。有人认为，它是时间单向、不可逆的原因。

这个定律告诉我们：低能态的物质，不可能无缘无故地变成高能态物质。就像山坳里的石头，不可能自动跑去山顶。

想要石头回到山顶怎么办？需要能量把它送回去。

需要多少能量呢？不一定。至少，需要刚才它释放的势能那么多。

问题是，谁去送？

如果你去送，你还得克服自身重力、摩擦力、空气阻力…这一套下来，比实际需要的能量要大很多。多花销的能量，就是损耗。损耗，必须外界补给。

所以，石头落下来时，就算我们把它的势能都收集起来，也不够送它回去的。

水分子想要变回氢、氧，道理是一样的，就算把合体时释放的能量都收集起来，也不够拆开它们的。必须要额外的能量输入才行。

那么，那些用来损耗的额外能量，可不可以省一点呢？

可以的——

催化剂

它可以加快化学反应，还可以节省活化能，但它本身在反应前后都没啥变化。

啥叫活化能呢？

分子之间，不是随便就能发生关系，必须亢奋到一定程度才行，达到这种状态所需的能量，就是活化能。

化学反应（不管分合）好比结婚，结婚的花销是一定的，但刚一见面就入洞房感觉怪怪的，所以要先搭讪、约饭、出钱出汗，达到“不结婚难解心头之爱”的状态，这个过程就是“活化”，其间的付出，就是活化能。

催化剂，就是父母之命媒妁之言，包办婚姻，活化能、活化时间省去许多。但情侣结了婚以后，媒婆并没发生变化，她也不会为这桩婚事出一分钱。

活化能可以省一部分，但结婚本身的花销，还是一分也不能少。

这就是催化剂的作用。

OK，现在让我们来看看“水制氢燃料电池”的工作过程：

第一步，加水，这个没问题。

第二步，把水分解成氢、氧。这就有问题了，不加油，也不充电，谁来分解氢、氧呢？

嘿嘿，这就要请出核心技术了。

青汽透露，水氢燃料车的最大秘密，就是一种特殊催化剂，能将水转换成氢气。

是不是棒棒哒？不过好像哪里不对。因为我们又遇到了一道坎——

刘萝卜锅

另一条热力学定律

能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会无故消失，它只能从一种形式转换成另一种形式，总量不变。这是热力学第一定律。

刚刚说过，催化剂没问题，节省活化能没问题，问题是，结婚的花销，媒婆是不会出的，催化剂在反应前后，是没有变化的，翻译过来就是：它不提供任何能量。

所以问题是：能量从哪来——谁来拆开水分子，让它们愉快地做回氢和氧呢？

现在，我们来两个大胆的假设：

1．青汽催化剂，牛到没脾气——让活化能全免。汽车只充一次电，提供电解水的初始能量，有了氢、氧之后，车自己就可以发电、再电解、再发电，从此不用再充电了。

2．它发的电，可以全部用来电解水，驱动车的动力先不考虑。

那么还有个问题：氢燃料电池的发电效率是多少呢？

查了一下：目前最好的氢燃料电池，发电效率可达50%以上。

我们再做一个大胆假设：青汽电池可以达到80%。

开始运行：

1．初始充电的能量，全部用来抬高氢、氧的能态，也就是把水变成氢、氧。

2．氢氧发电，能效是80%，也就是说，发的电量顶多是初始能量的80%，至少浪费掉了20%。

这样搞法，很快就没电了。因为能量是守恒的，你制造出来的氢气，发一次电就浪费20%能量，又没有外界能量补充，那很快就玩儿不转了，这还是最理想的状态下，如果算上实际损耗，就更没法玩儿了。

这位同学说了，也许初始电量特别足，能把所加的水全都电解成氢、氧，然后用来发电呢？

那就更不对了。电量这么足，干嘛不直接用这块电池驱动车，非要用它电解水，再发电，白白损失至少20%能量呢？

所以我们遇到了一个尴尬的问题——

成本

前两个假设，路走不通，所以，我们需要一个更大胆的假设：催化剂提供能量。

这就要求，催化剂必须发生化学反应，不然能量从哪来？

反应了、贡献了能量，就不能叫催化剂了。就好比花钱请你结婚的不能叫媒婆，得叫妈。

称呼的事儿，先不纠结。我们快点让这个假设成立：催化剂发生反应，并且，所提供的能量足够。我们假设这些能量值100元。

“足够”的意思是，这100元能量分离出的氢、氧，所发的电，可以让轿车跑1000公里。

我们已经知道，就算发电效率达到80%，这场能量转换，也损失了20元能量。

这就是说，如果催化剂的100元能量直接用来驱动车，可以多跑20元的。

催化剂这100元能量从哪来的呢？根据能量守恒定律，催化剂被合成时，必须从外界吸收、储存至少100元能量才行。加上合成时，活化能等额外的花销，想合成这么多催化剂，必须远远超过100元才行。我们少算点，就算120元。

也就是说，我们用120元的钱，买了不足80元的能量。

那么，我们用这120元直接买电，或者直接买氢气加到氢燃料电池里，都比水解氢、再发电更省钱。省了分解水的工序，连水都不用加了。

看来，此路也不通。

于是，我们需要一个最大胆的假设：不用外界提供能量，催化剂不反应，也不提供能量，但就是能把水分解成氢和氧。

如果这个假设成立，那么，我们就干了一件大事——

推翻热力学第一、第二定律

撒一把催化剂，就能让水变成氢、氧，而氢、氧发电后，化合成水，遇到催化剂…无限循环ing。

如果这样，我们要提如下建议：

1．赶紧申请诺贝尔物理学、化学奖，因为我们一举颠覆了人类最想颠覆、也最难颠覆的物理定律，实现了人类关于能源的终极梦想——永动机。

2．先不要造汽车了，太浪费时间，赶紧研发“水制氢燃料电池宇宙灰船”，星际旅行的最大瓶颈已经被解决，去火星算什么，加一箱水，灰到哪儿都能灰回来。

3．千万小心，不要把催化剂掉进海里…

所以，青汽的这款车，你买吗？

-END-

近期热点：

石油的未来已基本确定？

九寨沟地震：为何中美官方数据相差那么大？

相关科普：

• 地球极简史（3分钟看完45亿年）
• 宇宙极简史（3分钟看完148亿年）
• 人类极简史（4分钟看完700万年）
• 中华极简史（3分钟看完5千年）
• 服装极简史（衣食住行：凭啥衣排第一？）
• 能源极简史：从钻木取火到核聚变
• 货币极简史（你以为的钱可能是假钱）
• 可燃冰极简史（一篇相当严肃的科普文）
• 石油成因极简史（一场200多年的口水仗）
• 能量的三大终极问题：你是谁，从哪来，到哪去？
• 地球物理是个什么鬼？
• 这个故事不太冷：波动传奇
• 混沌与信息论：OPEC减产后会发生什么？
• 新地心游记（从世界屋脊到地心的真实体验）
• 那支干掉元首的枪，现在怎么样了？
• 是谁制造了星际有机分子？
  
  

（关注微信号 每期早看到↘）

--------------版权声明--------------

阿什卡原创文章

转发请注明出处

--------------版权声明--------------

西门吹雪

我也觉得有点坑的意思，水生氢应该得消耗大量的能量吧，就算有催化剂不还是得消耗能量，噱头十足，实质不咋地

刘萝卜锅

西门吹雪 发表于 2017-9-7 19:02
我也觉得有点坑的意思，水生氢应该得消耗大量的能量吧，就算有催化剂不还是得消耗能量，噱头十足，实质不咋 ...

说到点子上了