第一代氢燃料电池拖拉机

2009年2月，在法国巴黎举办的法国国际农机展（SIMA）上，主办者宣布一个新能源拖拉机项目获得创新金奖，这个项目就是氢燃料电池动力拖拉机（ NH2 hydrogen fuel-cell tractor）。

获创新金奖的氢燃料电池拖拉机

这台由纽荷兰（New Holland）试制的氢燃料电池动力拖拉机，是以市场上畅销的T6000拖拉机为原型开发的，氢燃料电池发电取代了传统的柴油发动机。安装在拖拉机前部的储氢罐里输出的压缩氢气，与空气中的氧气在燃料电池中发生化学反应，产生水和电子。电子形成电流来驱动两台电机，分别带动拖拉机的传动行走系以及PTO和其他系统。该拖拉机的氢燃料电池组由两个电堆256个电池单元组成，功率50kW。

T6000拖拉机在田间作业

这台拖拉机功率为106马力，可以与T6000拖拉机干一样的活，操作相当安静，排出水和水汽。传统的竖立排气管不再需要，取而代之的是驾驶室底下的一个细细的出水管。燃料电池产生的热量远低于内燃机发动机，输出功率稳定，不排放氮氧化碳、烟尘或二氧化碳，零污染。在牲口棚、大棚等受限空间，可以为操作人员提供无污染的作业条件。

氢燃料电池拖拉机结构示意图

产品结构与工作原理

燃料电池的工作原理类似于巨型电池，一对电极被导电溶液所包围。氢气储存在拖拉机机罩下面的350bar的氢气罐中，注入一个电极（负极），空气泵中打出的氧气注入一个电极（正极），交换膜表面的催化剂（铂）从氢气中分解出电子，电子流经外部电路产生电流；而失去电子的氢离子穿过交换膜，与氧原子结合产生水。

氢燃料电池示意图

电流流向一对电机，其中一个驱动前后桥，另一个驱动PTO及其他系统。拖拉机燃料电池产生功率，通过分动器传递动力到四个轮子。该拖拉机无变速器和离合器，加速则通过直接增大燃料电池的输出功率实现。换向也易如反掌，只要拨动换向杆，即可改变电池组的极性。

氢燃料电池拖拉机驾驶室

制造厂家当时表示，产品在正式上市前，还有大量的改进工作要做。作为起步，氢气罐只储存供拖拉机工作1.5-2小时的燃料(2.4千克)，下一步，氢气罐的储存量将可以供拖拉机作业更长时间。

跟氢气罐同样尺寸的动力电池，仅可以完成3分钟犁地，这样比较的话，用氢气燃料电池产生动力，具备明显的优势。

第一代氢燃料电池拖拉机发布之时，氢燃料电池的成本十分昂贵，主要是由于其中的贵金属原料铂金（Platinum），业界已经着手开发替代材料，进一步减少燃料电池中的铂含量。据资料介绍，该拖拉机样机的总成本为50万欧元，接近开发传统拖拉机样机的成本，而其中燃料电池的成本高达30万欧元，合6000欧元/kW。

所幸的是，近年来随着在国家层面的推广，其成本已明显下降，我们可以看一下与拖拉机能耗接近的商用车用燃料电池，按照我国发布的《节能与新能源汽车技术路线图》（2017年）对商用车燃料电池系统提出的成本目标：2020年5000元/kW，2025年2000元/kW，2030年600元/kW，未来随着应用规模的扩大和技术进步，氢燃料电池的降本空间还是很可观的。

氢动力乌托邦的梦想往往被残酷的现实所打破，除了高制造成本，商用氢气价格高企，缺乏全国性分布的加氢站等因素也大大限制了汽车行业对此技术的应用，但纽荷兰（New Holland）认为农场应用的机遇会更大。

能源独立农场与碳中和

氢燃料电池拖拉机是“能源独立农场”（Energy independent farm）远景的重要组成部分，能源独立农场可以自己生产能源来供农场以及农业装备使用。该远景赋能农场主应用风能、太阳能、废弃物或生物质等可再生源发电，然后使用电解槽从水中分离氢气（称为绿氢）。氢气被储存在高压罐中，需要时加注到氢燃料电池拖拉机。这样农场不再需要依赖化石能源等外来能源，实现能源的自给自足。这个过程我们今天称为“零碳排放”，现在“碳中和、碳达峰”的概念可谓家喻户晓，而在10多年前，此事还属“曲高和寡”，项目能被SIMA 授予“创新金奖”，可见其前瞻性。

能源独立农场