氢可能会彻底改变世界的能源生产、储存和使用方式。人们已经写了很多关于它在交通运输领域潜力的文章，特别是它可以帮助大型商业车辆、公共汽车，甚至火车和船舶实现气候中立。它的优势是显而易见的：氢燃料电池驱动的电动汽车噪音小，只排放水，里程数高，加氢速度快。
但如果这就是全部的话，汽车早就不再使用柴油或汽油了。Fraunhofer IZM的专家Stefan Wagner博士花了几十年的时间研究燃料电池技术，他知道为什么氢是一种神奇的气体，以及它如何有助于使电力系统更安全、更经济。
手机、照相机、军用便携式发电机、汽车燃料电池、室外气象站——燃料电池已经被尝试用于许多设备。但它们很少能经受住市场的考验，因为以氢为动力的能源系统对大多数消费者来说仍然过于昂贵，而且氢对于大众市场的汽车、电力电子产品或其他设备来说还不够可靠。但这项技术有许多高调的支持者，尤其是在政客中，他们呼吁未来的能源不仅要便宜和耐用，更重要的是要对环境有利。Fraunhofer可靠性和微集成研究所的Stefan Wagner博士开始为他的论文研究燃料电池，他知道这些最紧迫的问题的答案。
燃料电池和电池——竞争对手还是伙伴？
S.Wagner：“两者结合无疑是可行的。你的系统中不可能没有电池，而只有一个纯氢发动机。每个燃料电池都需要一个电池来提供所需的激活电流。现在的问题是氢气驱动系统重达几百公斤，部分原因是因为包含电池。我们肯定可以缩小它们，因为我们需要减轻重量，使移动应用，如汽车燃料电池，更安全、更可靠地运行。作为小型化和高度可靠系统的专家，我们可以帮助传感器和执行器制造商缩小他们的组件，同时使他们的系统更持久和有效，例如智能压力传感器，其他监测系统，或创新的执行器。”
欧盟气候目标：2050年实现碳中和？
Fraunhofer IZM的研究人员认为在这方面没有技术障碍。问题是制造商以碳中和为目标，还是利润最大化。尽管得到了政界人士的大力支持，基于人们对该行业的真正兴趣以及在该领域150多年的研究，氢技术却常常被经济上更具吸引力的替代品所取代，比如普通电池。要扭转这种进步和停滞的循环，就需要在氢能源生产的技术基础上采取切实行动。
Wagner博士说：“我们很高兴Fraunhofer学会重新发现了氢，并让我们探索这种气体的前景及其许多应用。目前，燃料电池系统的成本很高，但还没有达到其应有的安全、健壮和可靠程度。在目前的系统中，主动传感器和执行器相距太远。将传感器放置在堆栈上，可以帮助我们使系统更加可靠和耐用。”
有没有更便宜的零排放替代品来取代氢？
Wagner博士解释说，液氢在极低的温度下保存可以产生异常高的能量密度，但也需要大量的努力才能让系统在这种极端情况下运行。加压气态存储是朝着正确的方向迈出的第一步，以使氢能应用获得更可持续的发展。但是氢气加压存储仍落后于传统的化石燃料来源，例如煤炭或天然气，不仅在经济上，而且在灵活性上也是如此：传统的发电机更多的情况下需要化石燃料。
同时，氢有着与太阳能、风能相同的内在问题：由于它们的不可预测性，所有这些能源都难以管理，因为风力取决于天气、而光伏发电依赖于阳光。为了避免这些可再生能源的短缺，需要扩大系统规模并接受潜在的生产过剩。Stefan Wagner博士的首选远景目标是将这三方相结合：风能和太阳能提供常规需求，氢燃料电池将在需求达到峰值时接管，从而使每种技术都有机会实现其最大潜力，这就是电解和氢储能解决方案的用武之地。
研究与实践展望
Fraunhofer IZM是专门致力于可靠性和微集成的研究所，关注开发的组件不仅在微型化方面非常先进，而且在交通和运输或发电方面为用户提供安全、可靠和负担得起的组件。这就是为什么Wagner博士的团队正在寻找项目合作伙伴，他们同样致力于天然气发电过程的革命。他们正在调查健壮和可靠的传感器和执行器，以促进氢的应用，例如开发新的氢气湿度或压力传感器，整个传感器网格或重要的压力调节器，或对电源和控制电子设备进行设计和可靠性测试，其中防爆是一个令人担忧的问题。他们还提供服务和专业知识，以在氢气应用和每个客户的特定条件下，对控制器和燃料电池组件的可靠性和耐用性进行分析。从集成传感器、改进的系统设计到工作系统的主动测试，Fraunhofer IZM的服务涵盖了该技术的整个生命周期。
虽然还有很多工作要做，但Wagner博士的团队充满活力，因为氢所能实现的零排放前景非常现实。Stefan Wagner博士20年前开始研究燃料电池技术的潜力，最初是希望让燃料电池成为驱动微型设备的游戏规则改变者。多年来，他开始在更大的范围内进行思考，他现在认为氢是捕获和储存风能与太阳能的解决方案，从而获得可靠的绿色电力。
（原文来自：Fraunhofer IZM 全球氢能网、中国新能源网综合）
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