2022年12月，一列“氫”火車(chē)在成都亮相，這不是普通的列車(chē)，而是以氫氣為燃料，在中心城區(qū)與郊區(qū)之間運(yùn)行的列車(chē)，更是全球首列，開(kāi)創(chuàng)了歷史。

那么，這種列車(chē)究竟是什么樣的，與其他的傳統(tǒng)電力列車(chē)，有什么不同？

氫能源列車(chē)的原理

什么是氫能源列車(chē)？顧名思義，就是以氫氣為燃料的列車(chē)。聽(tīng)起來(lái)很簡(jiǎn)單吧？但是它背后的技術(shù)可不簡(jiǎn)單。它需要用到一種叫做燃料電池的裝置。

燃料電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。它有點(diǎn)像一個(gè)反向的電解水實(shí)驗(yàn)：在電解水實(shí)驗(yàn)中，我們用電流將水分解成氫氣和氧氣；而在燃料電池中，我們讓氫氣和氧氣反應(yīng)生成水，并釋放出電流。

那么燃料電池是怎么工作的呢？我們可以把它想象成一個(gè)三明治：上下兩片面包是集流器（current collector），中間夾著兩片火腿是催化層（catalyst layer），再夾著一片奶酪是質(zhì)子交換膜（proton exchange membrane）。這樣一個(gè)三明治就構(gòu)成了一個(gè)基本的燃料電池單元（cell）。

當(dāng)我們把多個(gè)單元堆疊起來(lái)，就形成了一個(gè)燃料電池堆（stack）。這就是列車(chē)上使用的主要?jiǎng)恿υ础．?dāng)我們給它供應(yīng)足夠的氫氣和空氣時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定而高效的電能輸出。

具體來(lái)說(shuō)，在催化層上發(fā)生了兩個(gè)半反應(yīng)：在陰極（cathode）上，空氣中的氧分子接收四個(gè)質(zhì)子和四個(gè)電子生成兩個(gè)水分子；在陽(yáng)極（anode）上，供應(yīng)的氫分子釋放出四個(gè)質(zhì)子和四個(gè)電子生成兩個(gè)質(zhì)子。這些質(zhì)子通過(guò)質(zhì)子交換膜從陽(yáng)極傳遞到陰極；而這些電子則通過(guò)外部回路從陽(yáng)極流向陰極，并驅(qū)動(dòng)牽引逆變器（traction inverter）和牽引電機(jī)（traction motor）等設(shè)備工作。

這樣一來(lái)，在整個(gè)過(guò)程中只有水作為副產(chǎn)品排出，并沒(méi)有產(chǎn)生任何溫室效應(yīng)或者空氣污染物。這就體現(xiàn)了燃料電池列車(chē)清潔、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)。

氫能源列車(chē)的優(yōu)點(diǎn)

通過(guò)上文我們知道了氫能源列車(chē)是怎么工作的，那么它與傳統(tǒng)的電力機(jī)車(chē)相比有什么優(yōu)勢(shì)呢？可以從以下幾個(gè)方面來(lái)看：

首先是環(huán)境友好性。氫能源列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中只排放水蒸氣，并不產(chǎn)生任何溫室效應(yīng)或者空氣污染物1。這就避免了燃煤發(fā)電所帶來(lái)的碳排放和霧霾問(wèn)題。

而且如果氫氣是通過(guò)可再生能源（如太陽(yáng)能、風(fēng)能）電解水制取的話，那么整個(gè)過(guò)程就是完全清潔和可持續(xù)的。

其次是運(yùn)行效率。氫能源列車(chē)?yán)萌剂想姵貙⒒瘜W(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，并通過(guò)外部回路驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)等設(shè)備工作。

這樣就避免了傳統(tǒng)發(fā)電方式中由于燃料燃燒、蒸汽渦輪、發(fā)電機(jī)等多個(gè)環(huán)節(jié)所造成的大量能量損耗。而且燃料電池還可以利用制動(dòng)回饋技術(shù)將制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來(lái)。

再次是運(yùn)營(yíng)成本。氫能源列車(chē)不需要依賴(lài)于線路牽引供電系統(tǒng)，這樣就省去了鋪設(shè)和維護(hù)接觸網(wǎng)或者第三軌等設(shè)施所需的巨額投資。

而且由于氫氣具有較高的儲(chǔ)能密度，一次加注就可以支持長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)距離地行駛。這樣就減少了充換電站或者換乘站點(diǎn)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。

最后是安全性。雖然很多人對(duì)于氫氣會(huì)有爆炸危險(xiǎn)的擔(dān)憂(yōu)，但實(shí)際上現(xiàn)代技術(shù)已經(jīng)可以保證氫氣在儲(chǔ)存、輸送和使用過(guò)程中達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)的安全性要求。

而且由于沒(méi)有火花塞或者火焰等高溫元件，在碰撞事故中也不會(huì)引起火災(zāi)或者爆炸。

綜上所述，可以看出氫能源列車(chē)與傳統(tǒng)的電力機(jī)車(chē)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)：它既環(huán)保又高效；既節(jié)約又安全；既先進(jìn)又實(shí)用。

氫能源列車(chē)發(fā)展的阻礙

氫能源列車(chē)雖然具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是它的發(fā)展也并非一帆風(fēng)順,目前還存在著一些制約因素。首先是氫氣的供應(yīng)問(wèn)題。氫氣是一種高活性的元素，在自然界中很難以單質(zhì)形式存在。因此我們需要通過(guò)各種方式來(lái)制取氫氣。

目前常用的方法有電解水、天然氣重整、煤化學(xué)等。這些方法都需要消耗大量的能源和資源，并且可能產(chǎn)生一定程度的環(huán)境污染。而且由于我國(guó)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，不同地區(qū)和行業(yè)對(duì)于氫氣質(zhì)量和純度的要求也不盡相同。

其次是氫氣的儲(chǔ)運(yùn)問(wèn)題。由于氫氣具有極低的密度和極高的擴(kuò)散性，在常溫常壓下很難進(jìn)行有效地儲(chǔ)存和輸送。因此我們需要采用高壓或低溫等方式來(lái)提高其儲(chǔ)能密度，并使用特殊材料和設(shè)備來(lái)保證其安全性。這些都增加了儲(chǔ)運(yùn)成本和難度，并且可能造成能量損耗。

再次是市場(chǎng)需求問(wèn)題。雖然我國(guó)已經(jīng)在部分地區(qū)開(kāi)展了一些試點(diǎn)項(xiàng)目，并推出了一些政策措施來(lái)鼓勵(lì)和支持氫能源列車(chē)的發(fā)展，但是整體而言市場(chǎng)需求還不夠旺盛。這與我國(guó)鐵路網(wǎng)建設(shè)相對(duì)完善、電力機(jī)車(chē)技術(shù)相對(duì)成熟、用戶(hù)認(rèn)知度相對(duì)較低等因素有關(guān)。

最后是技術(shù)創(chuàng)新問(wèn)題。雖然我國(guó)在燃料電池領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定進(jìn)步，并成功研制出全球首輛氫能源市域列車(chē)，但是與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定差距。我們還需要在燃料電池性能、壽命、穩(wěn)定性、可靠性等方面進(jìn)行更多更深入更系統(tǒng)地技術(shù)創(chuàng)新。

氫能源列車(chē)是否會(huì)取代電力列車(chē)？

氫能源列車(chē)和電力機(jī)車(chē)都是清潔、高效、低噪音的交通工具，它們相比于傳統(tǒng)的柴油機(jī)車(chē)，都有著顯著的環(huán)境優(yōu)勢(shì)。那么，氫能源列車(chē)是否會(huì)取代電力機(jī)車(chē)，究竟誰(shuí)更勝一籌？這個(gè)問(wèn)題并沒(méi)有一個(gè)簡(jiǎn)單的答案，因?yàn)樗鼈兏饔懈鞯膬?yōu)缺點(diǎn)，適用于不同的場(chǎng)景和需求。

氫能源列車(chē)最大的特點(diǎn)就是它不需要依賴(lài)于外部的電網(wǎng)供電，而是通過(guò)自帶的燃料電池將儲(chǔ)存的氫氣轉(zhuǎn)化為電能。

這樣一來(lái)，它就可以在沒(méi)有鋪設(shè)接觸網(wǎng)或者第三軌等供電設(shè)施的線路上運(yùn)行，而且也不會(huì)受到停電等突發(fā)情況的影響3。這對(duì)于一些地理?xiàng)l件復(fù)雜、鋪設(shè)成本高昂或者供電不穩(wěn)定的地區(qū)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。

反觀電力機(jī)車(chē)，它的最大的特點(diǎn)就是它可以直接從外部獲取所需的電能。

這樣一來(lái)，它就不需要攜帶額外重量或者占用空間來(lái)儲(chǔ)存燃料或者蓄電池。這對(duì)于一些需要高速、高載荷或者長(zhǎng)距離運(yùn)行的線路來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。

總之，氫能源列車(chē)和電力機(jī)車(chē)各有其適用范圍和市場(chǎng)需求，并不一定會(huì)完全取代對(duì)方。相反，它們可能會(huì)互補(bǔ)或者競(jìng)爭(zhēng)，在不同情況下發(fā)揮各自的作用。

當(dāng)然，在未來(lái)隨著技術(shù)進(jìn)步和政策變化，兩種類(lèi)型列車(chē)之間可能會(huì)出現(xiàn)更多交流和融合，并且也可能出現(xiàn)其他新型清潔能源交通工具。我們期待著更多創(chuàng)新和突破，在保護(hù)環(huán)境和提升效率方面做出更多貢獻(xiàn)。

中國(guó)為何發(fā)展氫能源列車(chē)

中國(guó)目前高鐵如此成熟，又是出于什么考慮要選擇發(fā)展氫能源列車(chē)呢？

其實(shí)在中國(guó)發(fā)展氫能源列車(chē)是非常符合中國(guó)國(guó)情的一條發(fā)展路徑。因?yàn)橹袊?guó)擁有龐大的鐵路網(wǎng)絡(luò)，其中許多線路還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)電氣化，這為氫能源列車(chē)提供了廣闊的應(yīng)用空間。

同時(shí)，中國(guó)政府高度重視清潔能源交通工具的發(fā)展，制定了一系列的政策措施和資金支持，以促進(jìn)氫能源列車(chē)的推廣和應(yīng)用。

因此，這些因素共同推動(dòng)了中國(guó)在氫能源技術(shù)方面的發(fā)展與創(chuàng)新，目前也已經(jīng)成功研制出多種型號(hào)的氫能源列車(chē)，并且正在進(jìn)行試驗(yàn)。

不過(guò)，中國(guó)目前還缺乏成熟的氫能源產(chǎn)業(yè)鏈，包括氫氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加注等環(huán)節(jié)，這給氫能源列車(chē)的運(yùn)行帶來(lái)了成本和安全方面的挑戰(zhàn)。

而且，中國(guó)在部分地區(qū)還存在電力供應(yīng)不足或者不穩(wěn)定的問(wèn)題，這會(huì)影響到利用可再生能源制造清潔氫氣的可行性和效率。

但這些問(wèn)題并非不可解決，只要國(guó)家加強(qiáng)氫能源產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)和完善，提高氫氣的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低氫氣的儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本，增加氫氣的加注站數(shù)量和分布，確保氫能源列車(chē)的供應(yīng)和安全。

那么，中國(guó)氫能源列車(chē)也一定會(huì)像中國(guó)高鐵一樣，成為中國(guó)軌道交通系統(tǒng)的一大亮點(diǎn)，在這個(gè)領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭。

結(jié)語(yǔ)

總之，中國(guó)造出全球首輛氫能源市域列車(chē)是一個(gè)巨大的成就。它為我們展示了一個(gè)清潔、高效、可持續(xù)發(fā)展的未來(lái)交通方式。雖然現(xiàn)階段還存在許多挑戰(zhàn)和困難，但我們相信，在不久的將來(lái)，我們會(huì)看到更多更好的氫能源交通工具出現(xiàn)在我們身邊。

在這個(gè)快速變化的時(shí)代，交通運(yùn)輸是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α淠茉戳熊?chē)作為一種創(chuàng)新的清潔能源交通工具，有著無(wú)限的潛力和前景。它不僅可以減少碳排放，保護(hù)環(huán)境，還可以提高運(yùn)輸效率，節(jié)約資源，滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的出行需求。

當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)氫能源列車(chē)的廣泛應(yīng)用和普及，還需要我們共同努力和合作。無(wú)論是政府、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)還是公眾，都應(yīng)該積極參與和支持氫能源列車(chē)的發(fā)展和推廣。只有這樣，我們才能共享氫能源列車(chē)帶來(lái)的好處和便利。

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