氢燃料电池 汽车 肯定不是骗局,只是氢燃料电池的发展前景很低;国际上很多的专家、学者对氢燃料电池都持悲观态度,氢燃料电池有理论支持,也的的确确可以造的出来,但就目前来看这氢能源电池还只能存在于实验室;在过去几年里几乎年年都会看到氢燃料电池明年上市的噱头,但实际上是不可能的!
制备氢气的成本并不低廉,工业生产通常还是去沿用电解水的方式,耗费的电量通常是惊人的;举一个简单的例子,我们耗费大量的电去电解水制备氢,然后氢燃料电池要利用氢离子与氧离子逆反应生成电去驱动电机,使得车子可以前进,既然绕这么一大圈,我们为什么不直接用锂电池?何必要用电解水生成氢、再用氢氧还原成电,这完全费力不讨好,能量多一次转换就必然多一次损耗,这完全是浪费能源的逻辑,举一个不精确、但很贴切的例子,那就是用5千瓦时的电制备出一定量的氢,而将这部分氢与氧逆反应回电却不足5千瓦时,所以白白的浪费了电能! 当然目前实验室中的氢燃料电池是不会采取背个氢气罐的方式的,因为太过于危险;实际上氢燃料电池是依靠给车载水箱添加氢化金属来制氢的,制出的氢与空气中的氧离子在铂催化剂的促进下生成电;可以想象需要添加多少氢化金属来制备出足够驱动车辆的氢?这些氢化金属的价格恐怕比汽油还要贵;丰田貌似推出了一个非常安全的储氢罐,但氢气罐又有谁敢往车上背(容易上天)?又有哪位朋友考虑过铂催化剂?铂金属是啥朋友们都知道吧?没错就是做钻戒的铂金,一块燃料电池的整个生命周期大概需要50克的铂金属,50克铂金多少钱各位可以自己算算;但更困难的是铂金储量本身就不高、年产量不足200吨,而根据每块氢燃料电池对铂金属的需求量,将氢燃料电池装配1000万台车,就需要500吨的铂金属;产能远远不及需求量;全世界的铂金储量总和就只有3.1万吨,按照每辆车50克铂金属的需求量来计算,全世界铂金只够装配6.2亿辆车,之后铂金属矿枯竭。。。到时候请各位看住自己的氢燃料电池吧,它很值钱,非常容易被人偷走 。。。总的来说,氢燃料电池几乎没有前景的原因如下:
1.制氢困难:上文也提到了电解水制氢、氢氧再生电完全是浪费资源;那么就只能依靠氢化金属与水反应来制氢,不过制备效率同样很低下,而且成本不会低;工厂制备这些氢化金属同样会用到电、也会产生污染,所以这氢化金属本身就有些概念化!
2.铂金属储量低、产量低、价格贵:具体原因上文已经提到,鄙人就不在这一一赘述了!
3.电池寿命低:氢燃料电池的寿命与常见的锂电池是不同的,锂电池的寿命是直接与循环次数相关的,但氢燃料电池则是根据运行时间来计算生命周期,通常只能用几千小时;而且在市区堵车的环境下频繁的启停、高负荷的运转都会加剧氢燃料电池的提前衰减,而这衰减是大幅度的!
写到这朋友们就能发现氢燃料电池绝对不是骗局,它是实实在在存在的新兴事物;但它的存在本身就是悖论,节能、减排是未来机动车核心目标,而氢燃料电池违背了这个方向,作为某一辆车它的确做到0排放,但工业上位了制备出出足以去动它的氢则耗费了更多的电,而这些所耗费的电增加了发电厂的排放、加剧了污染;而由于它的造价、使用寿命都不可能得到普及(想普及铂金不够用),所以即便有一天锂电池车普及了,这氢燃料电池也不存在普及(虽然年年都有消息在说明年氢燃料电池车就会上市,但至今上不了市);氢燃料电池完全就是没有困难、我们制造困难也要上的思维逻辑,但它终究不是骗局;而突破点在于如果未来能实现“光解水”来制氢,找到取代铂金属的廉价、高储量、高产能催化剂,或许才能让氢燃料电池真正的普及!
不喝油,不充电,而且续航里程超燃油车,难道它喝水?没错,这就是下一代 汽车 -氢燃料 汽车 。氢燃料电池 汽车 这么神奇,而且唯一排放物是水,可以说真正实现了对环境的零污染。那么怎样的 汽车 才是氢燃料电池 汽车 呢?
氢燃料 汽车 的核心是氢燃料电池,氢气和氧气经过化学反应产生电能,然后电能驱动 汽车 前进。氢气可以通过电解水获得,而地球面积的71%被海洋覆盖;氧气占到空气的21%,而空气又无处不在,所以氢燃料 汽车 或许是下一代 汽车 发展的必然。
氢燃料电池 汽车 这么神奇,而且氢气和氧气化学反应的唯一产物是水,可以说真正的实现了对环境的零污染,那么为什么路面上很少见到氢燃料电池 汽车 呢?
燃料电池耐久性差
汽车 作为高附加值消费品,其生命周期普遍为10年。国内燃料电池技术发展较晚,目前在售产品大概在3000-5000小时,而国外普遍在8000小时以上,这就决定了燃料电池 汽车 生命周期不到燃油车的一半。不过令人振奋的是,近日福建雪人股份有限公司研发除了耐久性超1万小时的燃料电池,现已进入小批量生产。
燃料电池生产成本高
丰田 汽车 首款氢燃料电池 汽车 Mirai,已于2014年量产并上市,该车售价44万元。要知道传统燃油车,即使是电动 汽车 ,至多也就20万出头的样子。不过该车性能还是不错的,3分钟加氢可实现500公里续航。随着氢燃料电池技术发展和批量化应用,价格快速下降也再所难免,这就像纯电动 汽车 发展前期一样,也是依靠补贴打开市场需求的。
氢气运输条件严苛
既然氢气作为氢燃料电池 汽车 核心,其制造、运输和存储就成了必须环节。制造就比较简单了,可以通过收购外部企业快速实现。氢气的运输就不那么容易了,气态氢需要高压运输,而固态氢需要低温运输,另外氢气具有可燃易爆的特点,所以对其运输条件要求极其严苛。
基础设施制约其发展
我国投入运营加氢站大概25座,而这些加氢站主要集中于上海、佛山等示范区域,而单座加氢站的建设耗资1500万左右,这进一步制约燃料电池 汽车 的普及。不过石化集团已与亿华通签署战略合作框架,双方将在氢气制造、运输和储存方面展开深入合作,石油巨头进击新能源市场,有助于燃料电池 汽车 发展。
小结: 虽然,诸多不确定性因素制约着氢燃料电池 汽车 普及,但这些制约只是暂时的。随着技术发展,另外氢燃料 汽车 天生的零排放优点,及其 社会 资本的进入,未来氢燃料电池 汽车 必然将成为新能源 汽车 的发展方向。
氢燃料电池 汽车 基本确定是骗局,原因如下:汽车 驱动本身依靠的并不是一般理解的“氢元素电池”,而是小型化学发电站,车辆配有液态氢罐,利用清漆的催化反应之后发电,之后电充入电池再用电驱动 汽车 行驶。
也就是说氢燃料 汽车 运行的前提是必须加注氢气,氢气才是真正的动力源,与传统 汽车 使用的汽柴油定义相同。目前氢气的主要来源是电解水,其次有并不环保的石油热裂和煤气天然气制氢,利用这些能源制氢和环保是背道而驰的,所以能选择的只有电解水。
电解水制氢,每一公斤氢理论耗电在37度左右,实际加入转换损耗在60度电左右,而一般的氢燃料电池 汽车 储氢罐有几十升,续航不过四五百公里。那么也就是说耗电几百度制造的氢只能续航四五百,而这些电直接用在普通电动 汽车 上可以行驶2000公里以上。
当然这还是理论值,实际装车还要计算在车辆上的法学发电器的实际转换效率,60%~70的转换率实际要消耗更多能源。
所以从节能方面来看氢燃料电池确实是骗局,至于环保也是没有意义的,第一个环节的电解水就消耗了太多电能,而且氢燃料 汽车 除了化学法电器之后也需要有储能动力电池,也就是说目前的纯电或插电 汽车 有可能造成的电池污染,氢燃料电池 汽车 一样会有。
这种既不环保又要消耗更多能源的 汽车 注定是失败的产品,人类能源的出路目前还没有超越现有知识范畴的全新能源,在突破之前最终形态会是电。
要解决的是如何利用清洁能源发电,现阶段光伏和风能需要依靠电动 汽车 的动力电池回收增加储能,所以清洁能源和电动 汽车 是相辅相成的。
之后如果能解决热能直接转为电能的难点,地热和光伏会成为获取电能最乐观的方式。
选车用车关注天和Auto,趣味问答购车推荐每天更新。目前来说光伏风电发电制氢存在成本高的问题,这时有人说了,用无法消纳而浪费的电制氢,实际上对于光伏风电来说北方地区存在消纳问题的项目确实存在利用氢的可能,但这部分电也可以用锂电池储能,而且电池储电相对于电解制氢再用氢发电没有转换效率的损失,成本低,且氢燃料电池目前技术的寿命并不耐久,相比较下来用氢能储风光电根本没有优势。这也是为何氢能迟迟没有在西北地区消纳存在问题的地区得到应用的根本原因。个人认为氢能的概念是很好的,但是目前条件并不成熟,如后续在天然气制氢,水解制氢,燃料电池寿命及成本,储氢方案等方面获得较大突破将会有前景,否则就只能是空吆喝(骗子),所以与其各种砸钱投应用,还不如先踏实做研究。
说氢燃料电池是大骗局的,要么是两桶油的,要么是电动车厂商派来的,要么是众人皆醉我独醒我就要跟别人不一样的优秀网友。当我国的车企还在想着怎么达到5升/百公里的燃油指标,想着怎么用电动 汽车 弯道超车的时候,德日两个 汽车 大国,已经将发展氢能源定义为最重要的能源发展战略。因为虽然电动 汽车 在短时间内被认为是过渡期的理想车型,但是氢燃料 汽车 被视为是未来 汽车 的最佳形态。
相比燃油车和电动 汽车 ,氢能燃料电池的优势有五点:
一是零污染排放,保护环境;
二是不产生噪音;
三是发电效率高;
四是电力传输过程中的能量消耗极少;
五是来源广泛
我们的近邻,日本政府于2017年12月26日正式发布“氢能源基本战略”,主要目标包括到2030年左右实现氢能源发电商用化,以削减碳排放并提高能源自给率。2040年氢能源车型的保有量将由目前的2000辆增加到300万至600万辆,位于福岛县的FH2R将运营一个10兆瓦级氢气生产工厂,每年将将生产和储存高达900吨的氢气。另外日本现有加氢站大约有70余家,并且计划在2020年增加160个加氢站,总计约300个加氢站。日本的丰田 汽车 已经研发出单次加氢续航在1000km的氢能源 汽车 。
再看看同样是 汽车 强国的德国,德国已实施了多个涉及氢气制取、运输、储存及燃料电池应用的氢能全产业链,目前德国有43个加氢站,由六家工业企业(法国液化空气公司、戴姆勒公司、林德公司、OMV公司、壳牌公司、道达尔公司)组成的合资企业氢气移动公司正在规划将全国氢燃料补充网络扩大到总共400个加氢站。奔驰已经研发出了GLC F-Cell车型。作为世界首创,该车将以插电式混合动力车的形式结合创新燃料电池和电池技术,综合续航里程约600-700km,除此之外,燃料电池混合动力卡车也已经上路行驶了3000km。
我国虽然一直喊着在电动 汽车 上弯道超车,但是实际上也在布局氢能源,在前不久召开的两会上明确提出发展氢能源具有战略性意义,2019年有望实施氢燃料电池 汽车 “十城千辆”推广计划。前不久,我国第一台氢燃料电池车研制成功,续航里程可达1000公里以上。名为“氢雄号”的氢燃料电池公交车已经在武汉试运行。
氢能源离我们还有多远?目前,氢气未能大部分普及主要是新兴的能源没有太多的产业规模,难以形成规模效应,导致制氢的成本较高,以及氢气的运输、储存没有统一的标准。但是技术在不断前进,氢能源的推广和普及将会是大势所趋。
人类能源的根本出路在核能
现在的新能源 汽车 ,无论是充电 汽车 还是氢能源车所需能源都来自电能。化学能发电除了污染环境还将面临枯竭,水电、风能太阳能除了对环境的影响还有量不足、不稳定等因素。随着人类 科技 的进步,核能将越来越安全,越来越清洁,德国因噎废食取缔核能发电的行为并不可取,一旦可控核聚变实用成功,人类将拥有取之不尽的清洁电能!
新能源 汽车 现在朝两个方向发展,一个是直接充电,另一个是电能制氢,再由氢燃料电池来驱动,两个方向要看谁先突破,充电 汽车 瓶颈在电池的能量密度和充电时间还有旧电池回收。而氢能源 汽车 目前面临的问题可能更大些,由于氢的不稳定性 贮存一直是难点,多少年来进展缓慢。
目前看来由特斯拉领衔的充电 汽车 走在了前面,事物的发展讲究先机,一旦充电 汽车 行成规模效应,就会吸引更多的人才更多的研发投入,价格也会剧降,充电站会越建越多,技术也会越来越成熟越来越完善!相反氢能源 汽车 的发展空间就会更小,企业发展的动力也会减弱,当一条路上的人越走越多,越走越宽,另一条路就会日趋荒芜,就象当年的液晶电视与等离子电视之争
燃料电池 汽车 不论从理论上,而且在现实运行中,证明是可行的,符合城市环境保护法和人民利益的,也是能源安全的一种偿试。这是科学,不是骗局。
而针对南阳青年 汽车 车载即时水解制氢的燃料电池 汽车 的报道和围攻,明面上是针对南阳方面的某些不当做法和青集团负面问题,背后实际上有关利益悠关方在一开始就把矛头指向燃料电池 汽车 。他们所持的理由是:
2、成本问题。这是评和多谈论最多的问题。由于处于初期,生产运行成本相对较高。这是正常的。任何新生事务需要有一个试验、改进和工业化降低成本的过程。某大学专家教授也是从事新能源 汽车 研究的。他们应该是了解科学原理的,也进行了有关分析和批判。随此,就露出主流方面攻击和否定燃料电池 汽车 的苗头。更多的 汽车 商或代言人也加入了论战。我针锋相对,作出了相应评论和回复。
具体论述如下:
一、原理
燃料电池的原理属于膜化学。是将氢极化或通过膜形成电池,以电能驱动 汽车 。氢堆和燃料化学电池是有关燃料电池 汽车 的专用术语。达到无排放和无形成雾霾成份的环保要求。
二,方案和原材料
美国最早研究燃料电池及其 汽车 ,日韩和以色列在这l方面的科研最深入,成果最多,产业化程度最高,方案也最多。
目前有电解水制氢、硼材料、合金铝粉以及相关材料(催化剂或添加剂)加入水中制氢,还有直接用甲醇和氨水等为燃料按膜化学原理,在催化剂作用下,通过燃料化学电池,驱动 汽车 运行。
当然,还有更多方案在 探索 中。如电波或本人设计的综合方案也是其中之一。
国家已经将氢能 汽车 和加氢站建设纳入国家计划。宜昌宜都市也建设了富氢材料生产基地。这也证明所述骗局是不存在的。至于骗补是另外一回事。
三、成本、 社会 效益和工业化前景
任何新生事物都不是一帆风顺的。新产品的成本需要经过不断地实验探讨或工业化过程得以降低,性能得到完善和提高。目前,曰韩和国内以佛山为代表,已经形成了一定生产和运行规模。
开始,成本较高,国家实行补贴政策。
对于世界来讲,化石能源是有限的,不可重复的。而氢的同位素氘氘的开发运用尚处国际合作攻关中,估计需要成千亿美元以上的投资研发,尚需20~50年的努力。
而美国对中国的所谓围堵极大地威胁了我国的能源安全。国家的新能源政策是从战略的高度作出的,也是城市环保和以人民 健康 和 社会 安定的考量。
关于世界能源的根本出路。
专家和广大科研人员一直在探讨,目前可利用的有太阳能、风能、水势能、生物能、核能和空中大气层中的电流。关于氢同位素的有关科研尚在进行中。未来最多的可能是氢和太阳能的开发利用。
这个问题里面有两个获赞比较高的回答,一个说氢燃料电池是骗局,一个说氢燃料是什么噱头悖论。能得到这么高的赞,说明这些不靠谱的言论不知道会误导多少人。有些人头上挂个“V”,说话之前能不能先查一下资料,对自己的话负点责任?
总理去丰田参观,特意去参观了氢燃料电池技术,你说氢燃料是骗局准备打谁的脸呢?本田、丰田都拿出了自己的氢燃料 汽车 ,丰田的Mirai已经量产,在美国已经可以购买上路,这是哪门子的骗局?
氢燃料电池 汽车 的前景不被看好,主要还是一个推广和成本问题。成本方面,一是氢燃料电池系统,一时降不下来;二是加氢站建设成本较高,如果氢燃料电池 汽车 短时间推广不开,加氢站的持续亏损也是一个大问题。
相比之下,虽然电动车的成本也没有降下来(电池就比普通燃油车的发动机变速箱贵),但是已经坚持推广了这么多年,它已经在市场立足。而且电动 汽车 还有一个有点,就是可以在家里充电,对充电站的依赖没那么高。
至于其他方面,有些人根本就是信口开河。什么电解氢是脱裤子放屁多此一举的,用电量低的时候,电量如何储存一直是个难题。因为发电机组是不能随便关闭的,所以很多地方甚至用电抽水到高处,然后在用电高峰期用这些水发电输送回电网,这样看电解氢也是解决这个问题的一个方案。
另外氢气作为很多工业上的副产品(这个需要进一步提纯),也可以作为一个氢气来源。再就是煤炭制氢也符合我国情,毕竟我国是多煤少油的。现在氢气的价格还比较高,在美国加氢的价格比加油贵不少,这主要还是推广的问题。
氢燃料电池 汽车 ,在氢燃料发电过程中,需要用到含铂的催化剂。铂金确实是一种贵金属,但是一辆车也不过用十几二十克,三四千块的成本很高吗?前面回答说什么看好车,别让人把车偷了。燃油车的三元催化器里也有铂,也没见多少人去偷三元提炼啊。
还有人质疑氢燃料电池 汽车 的安全问题,丰田既然能在美国量产,这方面就不需要多担心。美国这个国家咱们都知道,对安全这方面的要求太严格了,燃料电池 汽车 能上路,在安全性方面就不会比电动 汽车 差。
总的来说,电池技术已经很成熟,大家在上面投入了太多的研发,但是其容量、充电速度仍然存在瓶颈,所以燃料电池技术才会重回人们的视线。现在燃料电池(不止氢燃料)虽然问题不少,但是还有很多可能,毕竟还有很多技术等着人们去开发。
我个人也不是很看好氢燃料 汽车 。以前人们以为石油储备有限,所以急于寻找替代品,谁知道现在燃油越用越多,大家发现油好像暂时用不完了,那么新能源 汽车 在节能方面的需求就没有那么迫切,它主要的优势只是在减排方面。从这点说,以后整个新能源 汽车 的研发方向,可能会有一定的改变。
很多人对这个技术不了解,人云亦云。如果氢是电解水得到的,根据能量守恒,当然没意义,相当于污染转移。而且高压储氢即使技术过关,也存在相当大的安全隐患。其实制氢有很多方法,其中碳氢化合物,主要是甲醇,乙醇,用很少的能源就可以制备氢,生成水和二氧化碳。现在技术瓶颈在于制氢纯度不够以及催化剂成本使用寿命,现在很多科学家在这方面去做研究,一旦有突破,甲醇重整制氢将成为成本低,无污染,高能量密度的终极解决方案。甲醇的来源很丰富,煤,特别是天然气以及其他有机物都有成熟的制造甲醇的工艺,国际市场甲醇非常便宜。
我们对“大骗局”的通常理解是,它画了很大一张饼,并且获得了很大的政策倾倒、资源福利、在未输出实质性产品前已经赚取了大笔不相称的金钱。
就此来说,氢能源 汽车 不能算是大骗局。
首先,国家现在主要还是在大力发展锂电池。氢能源电池是作为补充,重点发展方向在商用车领域。比如在2019世界新能源 汽车 大会上,中国科学技术协会主席万钢就在发言中表示:“面对未来的发展,推动燃料 汽车 的电动化,相当于远程公交、城际物流、长途物流,燃料 汽车 具有零排放、续航里程长,它是适应市场最佳需求的最佳选择。“
再者来说,当下氢燃料电池 汽车 的市场体量还比较小。数据显示,今年上半年我国燃料电池 汽车 产销不过千台,其实并没有获得很大的政策支持。相比之下,纯电动 汽车 (锂电池为主)获得的政策支持要大得多,这也直接催生了很多PPT造车企业。
最后来说,氢能源 汽车 确实有其优势,并且在一些国家有比较好的产品表现。比如加氢速度快(大概只需要五、六分钟即可)、能力转换率高、能力密度高、续航里程高(一般来说,一满瓶的氢气可以让普通氢燃料乘用车开上五六百公里)等优点。虽然成本高,但会比较适合商用车的运营需求。
在氢能源起步较早的日本、韩国,他们的氢能源技术就获得了很大认可。日本政府还在今年3月公布了《氢气及燃料电池战略规划》,提出到2030年左右要使氢气生产成本从现在的每标准立方100日元降到30日元,如能实现,到时候肯定会掀起一番浪潮。
而就当下来说,乘用车领域的丰田Mirai表现也不差。2015年初,Mirai在日本销售,销售首月就拿到了1500辆的订单。
总之,氢能源 汽车 不能说是大骗局。只是因为受成本限制,它还没能迅速发展起来。现在市场已经对它有了较为明确的定位,短期看会以商用车为主。
至于人类能源的根本出路是什么?这个问题就很难有回答了。能肯定的是清洁能源是终极目标,但像氢能源、太阳能这些,还有很多的技术阻碍需要攻克。可以说现在还处在摸索阶段,任重道远。
关于氦-3这种东西,很了解它的人并不多,实际上它是一种无色无味的氦气同位素气体,被公认为一种未来将被广泛应用的核聚变能源燃料,因为氦-3可以和氢的同位素发生核聚变反应,但是与一般的核聚变反应不同,氦-3在聚变过程中不产生中子,所以放射性小,而且聚变反应过程易于控制,既环保又安全,所以有这种原材料做基础的话,人类很快能掌握可控核聚变技术,并且实现高效、安全、廉价、清洁无污染发电。
那么氦-3在发电方面的优势有多大呢?对照比较一下就能发现,我国每年的发电都需要耗费大量的资源能源,其中消耗的能源相当于近50亿吨标准煤,然而如果用氦-3聚变能的话,只需要20吨就够了,即便是全世界每年的发电量,使用100吨氦-3也足够了,所以氦-3发电的优势非常明显,它也被科学家们称为"完美能源"。
然而氦-3在地球上含量非常少,已探明容易获取的这种资源只有500公斤左右,也就是只有半吨,但是在月球表层的土壤中这东西含量却高达100万吨,是地球的200万倍,足够全世界发电使用1万年。
看到这里,可能很多朋友都有点蠢蠢欲动了,心想那就赶紧去月球上把这种东西弄回来啊!是啊,科学家们也这么想,很多国家的领导层也这么想,而且也早有人预言,因为氦-3具有的能源优势,将来的月球或成为世界各国争夺的能源“波斯湾”。
那么为啥还不见人类在这方面有所行动呢?主要的原因实际上是对现阶段的人类来说开采月球能源还是一个很难做到的事情,首先人类必须先在月球上建立人类能居住的基地,再把很多开采设备弄到月球上,而且还必须保障地球与月球之间的人与货物的来回运输,这需要很多大推力火箭把各种东西发射到月球,也需要从月球把东西发射回来,其他各方面的技术也需要很成熟才行。
不仅如此,在月球上提取氦-3也并不容易,首先需要将月球土壤加热到700摄氏度以上,而由于月球上没有氧气,不容易用燃烧的方式进行,因此把氦-3提取出来也很麻烦。
不过这些技术问题以后终究会被解决的,如今世界各大国都有科学家围绕月球上氦-3的储量、采掘、提纯、运输等问题悄然进行着相关研究。我国在这方面也没有闲着,我国探月工程里面就包含一项重要计划——对月球氦-3含量和分布进行一次由空间到实地的详细勘察,为人类未来利用月球核能奠定坚实的基础。
比如2015年是我国嫦娥3号卫星以及其所携带的玉兔月球车就曾经测量过月球的土壤层到底有多厚,实际上这对于我们计算月球氦-3含量意义重大,这是别的国家还没有做过的事情,而我们也从中得到了较为可靠的月球土壤的厚度数据,报道说有专家认为前人的估计方法很可能普遍低估了月壤厚度和氦-3总储量。
不仅如此,下一步我国的探月工程嫦娥4号将实现月球背面软着陆探测那里的月球表面环境和月壤情况,嫦娥5号还将从月球上进行月壤取样并返回地球研究,另外还将研究地月空间环境,为进一步的月球能源 探索 和开发提供依据,期待我们能在氦-3的 探索 开发和利用上引领世界,更好的造福人类吧。
答案:因为利用氦-3来发电根本就是一个伪命题
目前所有的核电站都是通过重核裂变的形式发电的,在裂变过程中会产生大量的核废料处理起来相当麻烦。 而通过氦元素的同位素氦3作为核聚变发电的原材料,能够产生比铀235裂变高几倍的能量,同时氦3作为聚变原材料不会产生中子,也就是不会产生核辐射,并且嫦娥二号已经探测到月球的氦3储备有上百万吨,100吨相当于全球一年的能源总和,那么月球上的氦3可以供人类使用1万年的时间。 无污染、储量大、能源效率高,理论上来说这简直是完美的原材料, 但实际上 氦3想要发电是完全不可能的。
氦3+氘核反应产生氦4+质子,这是氦3聚变的基本原理,而实际上在核聚变中如果将原材料氦3和氘核混合在一起,首先进行的是氘-氘核聚变反应,因为原子核如果带电荷越多,那么原子核之间产生的库伦斥力就越大,所以一定是原子核所带电荷越小的原子核越容易发生反应,氘质子数是1,而氦3的质子数是2。在受控核聚变中,一定是氘-氘核聚变反应需要的温度更低,反应条件更宽松;氘-氦核聚变反应需要的温度更高。
这样就产生了一个问题,在托卡马克装置升温的过程中氘核会自己先发生聚变反应将原材料耗尽,最后只剩下氦3,而氦-氦核聚变反应原子核之间的斥力非常大,没有足够的反应截面积,达不到反应速率,无法进行核聚变反应。
所以想要通过氦-3和氘核进行核聚变反应在理论上也是做不到的。
这个问题就像,当人们没有炼铁技术的时候,在山里发现大量铁矿石,为什么不会运回来?
因为那时的人还不会炼铁,运回来干嘛呢。月球土壤里虽然有大量的氦-3,姑且不考虑采集运输的费用,主要是人类还没有掌握可控核聚变,氦-3原料再多,目前人类还用不到啊。
可控核聚变目前还是人类最需攻克的世界难题,保守来看需要几十甚至百年来进行攻克。目前人类能够利用的人工核聚变,是不可控的热核反应 - 氢弹。它是通过裂变点火,靠惯性力把高温高压的等离子体进行约束。
人们当然也在尝试各种人工可控的惯性约束,例如使用激光打靶的方式实现激光惯性约束核聚变。采用少量热核物质的爆发来实现能量利用,但目前都还在试验摸索阶段。
通过磁约束建造可控聚变反应堆,是目前最有希望实现人工核聚变的一种方法。通过强磁场来约束等离子体,并对其加热,实现聚变点火。世界上已经有多个托卡马克实验堆,美国,欧盟,中国,日本都在展开相关研究。
但可控聚变目前都还处在基础研究阶段,离商业应用还有至少几十年的路要走。一旦人工可控核聚变实现,人类的能源利用突飞猛进,核聚变的燃料不会成为问题。
欢迎评论,关注量子实验室。
氦-3是氦的一种没有放射性的同位素,它被用于核聚变反应不会造成辐射,所以这是一种理想的清洁能源。虽然月球上的氦-3储量非常丰富,多达上百万吨,但问题是人类至今还没有掌握可控核聚变,所以现在就去把氦-3运回来干啥?
虽然人类已经掌握了核聚变反应——氢弹,但这是不可控的,无法用于生产生活。现在,各国正在努力研究可控的核聚变反应——氘和氚、氘和氦-3或者氦-3和氦-3,但至今还未取得实质性的突破。
只有当可控核聚变可以成功商业化了,人类才会想着去月球把氦-3运回来。但这还要面临很多难题。首先,要把氦-3大量运回来,需要大型的火箭以及月球基地。其次,从月球运回的氦-3不是纯净物,而是需要从月球表皮土中提取,这又是一道技术难关。因此,利用月球氦-3可能面临很大的成本问题。如果这些问题能够解决,那时才会真正开启月球大开采时代。
这个问题并不怎么严谨,不是没有人把月球的氦三运回地球,而正是人类把月球土壤带回来才发现其蕴藏着大量的氦三资源!
美国在上个世纪60年代末七十年代初就成功登陆月球6次,每次可都是往地球带回月球土壤的,这里面就包含着氦三。我们对月球氦三的初步认识就源于人类带回来的月球土壤!
其实我认为大肆渲染月球氦三资源有种哗众取宠的感觉!
目前各个有能力的国家都争先恐后地进行登月比赛,比如发射各种探测器什么的。如果仅仅只是为了攀比就盲目登月,各国的纳税人怕是不同意!
月球上的确蕴藏着大量的珍贵资源,包括氦三。而各国政府为了在太空竞争上不落后于他国,就不得不得画一个看起来切实可靠的大饼给民众。政府会说:你们都看,月球上有那么多氦三,这些都是核聚变的理想原料,而地球上的氦三却极为稀有,我们再不抓紧研究月球可就真落后了。
其实氦三的确有一个很大的好处,那就是核聚变中不会产生较大辐射。因为 氘-氦3热核反应只会产生带电的粒子,只要这些粒子带电,就可以在磁场的作用下被束缚起来,不至于让这些粒子产生外部辐射!而其他类型的核聚变就会产生中子,这些高能的中子不带电,你无非通过磁场约束它们,目前人类还没有较好的办法应付这些高能中子的破坏!
地球上的氦三资源极其短缺,其储量大概不足500kg,而月球上富含着上百万吨的氦三。科学研究表明:1万吨氦3就足够人类使用一个世纪!整个月球氦三储量足以让人类安然享用1万年!
但是这里面有个很大的逻辑问题
可控核聚变人类目前看来是掌握不了了,起码要等一个世纪。即便人类现在开采了月球的氦三,那也是一堆无法大规模实用的资源。因为可控核聚变技术的掌握还遥遥无期!
目前中国,印度,日本,欧盟和NASA以及Space-X都在寻求降低登月的成本。
我认为人类会恰巧同时掌握了低成本登月技术和可控核聚变的技术,那时候再开发月球的氦三为人类服务才是天时地利人和的最佳时机 。 但是我认为这样的愿景大概会在本世纪末才会实现!
这个问题我想有三个方面的问题,最主要的还是现在尚无法使用。另外月球上开采能力尚不具备,以及运费太高昂,是目前没有人运回地球的原因。
氦-3发电主要是通过核聚变方式。可控核聚变的攻克,将在一个相当长的阶段解决人类能源危机问题,将 是人类 从石油文明走向核能文明的标志,是人类文明的一次重大突破。
目前世界上可控核聚变正在公关,但进展并不快,还只能在实验中短时间内实现对超高温等离子体的约束,还有太多的难题需要世界各国合作攻克。有科学家预测,可控核聚变有可能在2015年左右进入商业化运行,2050年广泛的造福于人类。
这个预测并不是很精确的,还有很多变数。因此在核聚变发电没有实现之前,过早的开采月球的氦-3实在没有必要。
况且可控核聚变的原材料并不一定非要使用月球上的氦-3。
核聚变能利用的燃料是氘核氚,海水中就大量存在,1升海水中就有1.03×10^22个氘原子, 可产生300公升汽油的能量, 每1立方公里海水中氘原子所具有的潜在能量相当于燃烧13600亿桶原油的能量,所以地球可聚变能源是取之不尽用之不竭的。
所以即使开始了可控核聚变发电的商业运行,也不一定要采用月球上的氦-3,到了那个时代,就看那种原料的成本低了。
从现在看来,开采月亮氦-3资源的成本还是个天文数字,无法估量。
月壤中富含氦-3,但我没有查到氦-3在月壤中到底具有多少含量,只知道大约总量在100-500万吨,100吨就够人类一年发电使用,所以月球上的氦-3可供人类使用10000年以上。
根据某些资料介绍,每提取1吨氦-3,还能够得到约6300吨的氢、70吨的氮和1600吨碳,这说明提炼1吨氦-3至少需要月壤数万吨吧,我们总不能把成千上万吨的月壤运到地球上来吧。
这就必须在月球上把氦-3提炼出来,才能运回地球使用。提取是一个及其复杂的过程,首先要将月壤加热到700摄氏度以上,才能从中提出到氦-3。
要提取氦-3,就必须在月球上建立基地,这谈何容易。
迄今为止, 人类还只有美国在上世纪实现了载人登月,其他几个航天国家,包括中国,上月球还只能派出无人探测器。
太空运输成本及其高昂,据说航天飞机运送1公斤物质到太空站需要花费2.2万美元。太空站距地表只是400公里,而月球距离我们38万公里。
而且登陆月球的难度完全不能用距离叠加来计算,即使要运回1公斤的月壤,也要花费天价。所以现在开采和运送氦-3回地球还完全是个不切实际的空想。
美国已经开始实施载人重返月球计划,2020年开始实施,计划中就含有建立月球永久基地的内容。开始用机器人建设,建成必要的生活设施后开始派人常驻,渐渐形成永久基地生态循环能力,再开始进行一些生产活动。
这个过程需要几十年的时间,让我们拭目以待。
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地球上极度稀缺的 氦-3 ,用来做 核聚变发电 的燃料不仅效率高,而且没有辐射。氦-3在月球约有上 百万吨 ,够全人类用上万年。
然而,人类已经有46年没有再登陆月球了,为什么不考虑把月球的资源运回地球呢?
回忆大航海时代,哥伦布发现北美洲,这是一片全新的土地,有丰富的物产资源,土著还能当苦力,从此,人类进入了新的纪元。
但是月球和北美洲不一样啊,载人航天火箭不是哥伦布的小破船啊, 花上千亿美元 ,去 月球搬砖 ?更悲催的是,就算把月球土搬回来了,地球上的科学家还 没办法 让氦-3乖乖的在 核电站工作 呢。
说到这应该明白为什么人类不登月了,性价比实在太低。各国都改用探测器, 探索 月球、火星等等天体。以前登月是一种炫耀国力的方式,如今在和平年代,一切随缘吧。也许等到 地球资源枯竭 , 科技 又足够发达的时候, 月球 才会变成人类的「北美洲」, 资源随用随取 ,甚至变成人类飞向太空的天然中间站,像大航海时代的深水不冻港。
人类未来的理想能源是可控核聚变,而氦3可以和氘一同进行可控核聚变反应,释放出大量能量
可控核聚变一大特点就是清洁安全,可是氦3要比氢还要安全清洁容易控制,而且产生的放射性物质微乎其微不会对人类产生任何危害,但是氦3在地球上的储量是非常稀少的,根据估算整个地球的氦3储量也不过100千克,这点储量用来搞科学研究都不够用,又谈何建设核电站用来发电呢?
但是随着美国阿波罗计划的成功,登月宇航员们带回了数量众多的月球岩石,经过科学家的分析后发现月球上的氦3储量巨大,初步计算有100万吨氦3存在于月球表层,只要人类加热到合适的温度,那么就能把氦3大规模的提取出来用来发电或者运回地球。
只需要20吨氦3就能满足美国一年的电力消耗需求,1500吨氦3就可以满足全人类一年的能源需求。
上个世纪以来美国登月为人类摸清了月球的底细,但是那时候的技术水平没有能力让美国对月球进行大规模的开发和利用,事实上知道今天人类也没能实质性的利用月球资源,甚至连大规模进入太空都做不到。
没有把氦3运回地球的原因就是各个国家都没有对氦3的需求,尽管氦3是超级能源但也需要可控核聚变取得突破后才能利用氦3来发电,再可控核聚变突破之前氦3对人类来说没有任何用处,而且现在去月球很烧钱,花那么多的钱去月球带回来一堆用不上的氦3,这个结果是任何国家都不能接受的。
好在现在世界各国都有自己的月球计划,慢慢的月球总会成为人类的露天矿场和能源基地的
不可否认,月球上的氦3确实储量惊人,据估计仅仅月壤表层的氦3储量就达到了一百万吨,月球表层到地下五十米范围内的氦3储量更是达到了惊人的三到五亿吨!而且氦3也确实有我们平时了解到的清洁、能量密度极高的特点。至于为什么没有人运回地球,个人认为主要有以下三点原因:
氦3是氦的同位素之一,它的原子核由两个质子和一个中子构成。是一种稳定的同位素。
图:氦3的原子结构
氦3作为一种热核反应的材料是非常安全的,利用氦3与氘(氢的同位素)进行聚变的产物是没有放射性的质子,没有中子的产生(中子束进入人体后,能够破坏人体细胞组织和中枢神经系统。当人体吸收的中子束达到一定剂量时,会造成人体损伤甚至死亡)。
氦3来源于太阳,太阳风带着氦3向四周扩散。月球由于没有大气所以成为很好的氦3“收集器”,在月球诞生的45亿多年的时间里不停的收集着氦3。所以,月球表面存在着大量的氦3,估计储量有100万吨。按目前的世界能源需求,100吨氦3就能满足全球的能源所需。按这种算法,足够人类使用1万年。
按每年所需氦3的数量,只需要发射两三艘飞船去到月球运载回来就行了。而且在上世纪60年代就能完成的登月计划,在现在来说更加容易。那么为什么不去呢?
图:月球背面
第一,氦3的开采是困难的。首先要建立一个可以长期居住的、功能完善、可以基本自持的月球基地,然后还要派人上去长期值守,开采并提炼氦3。
第二,核聚变反应的技术尚未研发成功,目前还没有对这种安全的核燃料的需求。
第三,目前正在研发的核聚变反应堆利用的是氚氘作为聚变材料。而氘在地球上的含量非常丰富,足够人类用到地球毁灭,按现在的能源消耗量,能用上百亿年。用于生产氚的锂的储量也非常丰富。虽然这种核聚变反应堆会产生大量的核辐射,但防护措施做好也是安全的。
第四,需要的资金量太大。据估算,完成这个计划需要2500~3000亿美元,花费30~40年的时间。
故此,对于一个需大量资金持续数十年投入的、难度很大和现在还没有需求的项目来说,对资本没有一点吸引力。
什么时候去月球开采氦3才具备吸引力呢?
由于氦3核聚变没有辐射,所以无需防护层,可以将反应堆做得较小。这种小型化核聚变反应可以用在航天飞机、核动力航母、核潜艇等需要小型化核聚变反应堆的场所。
图:核动力潜艇
图:构想中的核动力飞船
所以,笔者认为,只有在核聚变反应堆研发成功并大规模商业化运营后,并且在一些需要小型化的核聚变反应堆需求量较大时,月球的氦3才有开采价值。