汽車加水可跑千里？化學角度論證「水變氫氣」是否可能
本文首發於化學競賽微信公眾號：汽車加水可跑千里？「水變氫氣」真的可能嗎？
5月23日，南陽日報一篇文章稱，一款新型的發動機——水氫發動機在本市下線，這種發動機只需要加水，就可以自動把水變成氫氣，用作車輛的燃料，讓車輛跑起來。
「不加油，不充電，只加水，實時製備氫氣，續航超過500公里」……
拋開新聞本身不說，今天，我們來聊一聊水到底能不能「變成」氫氣，都有哪些方法。
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其實早在1800年，科學家們就通過電池把水電解成氫氣和氧氣。
我們知道，一個水分子由兩個氫原子和一個氧原子組成的。水在通電情況下會發生電解，陽極產生的是氧氣，陰極產生的是氫氣。
因為純水的導電能力弱，電解速度慢，為了加快電解速度，可在水中加入少量稀硫酸或硫酸鈉溶液、硝酸鉀溶液，作為電解質增強水的導電能力。
根據上述實驗可知，從水中獲得氫氣完全是可行的，但是，如果想用這種方法製得氫氣，你首先得有電啊，那麼問題來了，既然都有電了，為什麼不直接用電驅動汽車呢？
而且，目前的能量轉化過程都有能量損失，把電能轉化成氫氣的化學能，再將氫氣的化學能轉化成汽車的機械能，這中間有兩步能量轉化，其總的能量轉化效率肯定比不上直接使用電動機將電能轉化成汽車機械能。
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當然，水氫發動機也想到了，新聞中提到，他們的技術是「不加油、不充電」的，也就是說電解水這種方法基本排除了。
那除了電解法還有沒有其他的方法可以將水變成氫氣呢？
當然有。
根據水氫發動機項目負責人介紹，他們的技術原理是「鋁合金粉末+催化劑+水」反應制氫。這樣看來，水氫發動機很可能是用的鹼金屬制氫的方法。
許多活潑金屬都可以和水發生反應，生成氫氣和與金屬對應的氫氧化物。比如：鈉、鉀。
2Na+2H2O==2NaOH+H2↑
2K + 2H2O= 2 KOH + H2↑
但是這兩種金屬與水的反應都非常劇烈。
基於安全考慮，這兩種金屬pass掉了。有沒有其他反應不那麼劇烈的金屬也可以呢？
有的，比如鋁，就可以和水發生反應生成氫氣和氫氧化鋁。
2Al+6H20=△=2Al(OH)3+3H2↑
但是鋁與水的反應要比鉀、鈉慢的多，上面提到了，活潑金屬與水反應會生成氫氣和與金屬對應的氫氧化物。如果反應產生的氫氧化物不溶於水，就會附著在金屬表面，阻止後續的反應。
像氫氧化鈉的溶解度就比較高，20℃時它的溶解度達到了26.4g/100g水，所以它不會阻止金屬鈉與水的反應，使反應完全進行。鉀與水的反應與其相似。
與之不同的是，氫氧化鋁溶解度比較小，生成後，會覆蓋在金屬表面，使金屬與水隔絕，反應會很快停止。
如果想要讓反應繼續進行，我們可以通過加熱來促進反應的進行，或者加入氫氧化鈉進行催化。
但是，不管是利用哪一種方法，在反應的過程中，鋁都會不停的消耗，生成氫氧化鋁沉澱，如果想讓汽車順利的跑起來，就需要頻繁地更換或清理反應裝置。如果不一小心氫氧化鈉泄露了，還會產生更嚴重的污染！
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那有沒有不產生污染的方法呢？
當然有，那就是利用熾熱的焦炭和水蒸氣在高溫條件下生成一氧化碳、二氧化碳和氫氣，一氧化碳和氫氣都是可燃燒的氣體，工業上把這樣的混合氣叫「水煤氣」。
水煤氣燃燒後排放水和二氧化碳，有微量CO、烴和NOX。
CO + H2O ==高溫== CO + H2
CO + H2O ==高溫== CO2 + H2
不過，這種方法需要將產生的氫氣灌裝在高壓鋼化瓶中。而以這樣的方式生產氫能源汽車在幾年前就有了。不過就目前的技術而言依然有很多瓶頸，還無法達到量產。
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另外，還有一種更加環保的技術，光潔光解水制氫氣。
但是目前這一項技術還處於實驗室研究階段，無法投入實際應用。
即便以後技術成熟了，由於汽車受光照的面積有限，其輸出功率也不足以滿足汽車的運行。而且，如果是陰天或者晚上沒有太陽的情況更無法實現能源輸出了。
所以這一技術想要應用到汽車上還是比較受限的。
通過上文可以看出，水變氫氣確實有很多方式，但是要想把這個技術廣泛運用到汽車能源上，還有很長的路要走。
科技創新值得鼓勵，但是科技創新之路依然離不開科學的支撐。希望通過不斷的創新和突破，也許在不久的未來，氫能源汽車就能走進我們的生活。
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