燃料電池發展前景及其應用

一. 燃料電池的發展前景

燃料電池發電裝置每發電1000kw/h排出汙染物<1盎司，而常規燃燒裝置為25磅。

據統計，2005年全球擁有50萬個固定的（靜止式）燃料電池裝置，到2010年，將有250萬戶家庭使用燃料電池，同時全球擁有60萬台燃料電池汽車，占世界汽車生產量的1%。2005年，從事燃料電池開發的公司總投資額已超過10億美元。

預計到2010年左右
，燃料電池在價格上將具備與內燃機競爭的能力。屆時，美國市場上以燃料電池為動力的機動車將占美國汽車市場4%的份額，日本和西歐燃料電池汽車將分別占市場份額的4.5%和3.7%，到2020年，燃料電池汽車將占世界汽車市場的25%。表1列出美國新一代運輸用汽車市場價值。

表1. 美國新一代運輸用汽車市場價值

，百萬美元

1998

2000

2001

2002

2007

2002~2007年年均增長率，%

燃料電池汽車

混合型汽車

全電動汽車

合計

0.55

2.50

1984.00

1987.05

1.10

198.9

2264.0

2464.0

1.10

453.75

2721.70

3176.55

2.25

719.00

2707.70

3428.95

47.6

2293.0

3627.0

5967.6

84.1

26.1

6.0

11.7

燃料電池汽車市場雖還不大，美國2002年為225萬美元，但後5年內，年均增長率為84%，2007年將達到4760萬美元。大多數汽車製造商都看好質子交換膜（PEM）燃料電池汽車技術
，另外
，固體氧化物燃料電池在輔助動力應用中也可望起重要作用。車載燃料電池組件市場現為12000萬美元，但今後5年內
，預計年均增長率為91%。

據PricewaterhiuseCoopers（PwC）公司估計，全球燃料電池市場到2011年將達到350億美元。另據ABI公司的保守估計，到2013年全球燃料電池市場將達380億美元。據SRI谘詢公司預測，2008年燃料電池市場約50億美元，到2013年預計市場價值將達456億美元。靜止式燃料電池市場將從2008年20億美元增大到2013年100億美元
，便攜式燃料電池2013年市場將達250億美元，汽車燃料電池市場將從2008年6億美元增大到2013年100億美元。

二. 使用各種燃料的燃料電池應用現狀

目前，世界化學品生產商塞拉尼斯公司、杜邦公司、巴斯夫公司、Methanex公司
，燃料電池開發商Ballard動力係統公司、國際燃料電池公司以及汽車生產商戴姆勒-克萊斯勒公司、福特汽車公司、現代汽車公司
、大眾汽車公司等都紛紛聯手開發燃料電池和燃料電池汽車。按燃料電池所用原始燃料的類型
，大致分為氫燃料電池、甲烷燃料電池

、甲醇燃料電池和汽油燃料電池。

1. 氫燃料電池

通用汽車公司已研製成功使用液氫燃料電池產生動力的零排放概念車“氫動一號”，該車加速快，操作靈活，從0~100km/h加速僅16秒，最高時速可達140km/h，續馳裏程400km。空氣產品公司
、普拉克斯公司作為領先的液氫供應商，其供氫站已經可為氫燃料電池汽車供應24~34MPa的液氫。

2003年4月林德公司為德國Adam Opei公司建造了世界上第一座70MPa氫氣充氣站，這標誌著以氫氣為動力的汽車社會進入一個重要的裏程碑。與常規的35MPa係統相比，70MPa技術有較高的貯氫密度，可複蓋燃料電池汽車60%~70%的範圍。這一技術進展使燃料電池汽車行駛裏程可超過400 km，這是推廣使用以壓縮氫為動力的汽車最重要的前堤之一。設置於德國多登赫芬Opel試驗中心的這套充氣站
，由林德公司設計和建造，它可將氫氣供給Opel燃料電池汽車。該充氣站由10000升液氫罐藉林德設計的下遊蒸發器向汽車供氧，該液氫罐供氫速率為40立方米/分鍾，可使汽車在約3.5分鍾內充滿。帶有優化動力消耗的智能壓縮技術，每壓縮一標準立方米氫氣僅耗用動力0.18 kwh，該數值大大低於其他各種充氣站。汽車貯氫罐充氣程序符合高度的安全標準。

截止2005年9月
，戴姆勒—克萊斯勒公司生產的200輛燃料電池汽車已行駛於歐洲及美國、日本和新加坡的街頭。

殼牌公司氫氣公司與通用汽車公司合作，於2005年初在北美華盛頓現有一零售汽油加油站投用了第一個充氫站，采用了空氣產品和化學品公司200係列液氫充裝技術，6台通用公司Hydrogen3燃料電池汽車已首次在此加氫。

雪佛龍德士古技術公司（雪佛龍德士古公司子公司）於2005年5月在美國奇諾（Chino）現代-起亞美國技術中心，投用了第一座雪佛龍氫能站。該項目是美國能源部氫能技術5年計劃的一部分。新的注氫站為現代5輛Tucson和起亞Sportage燃料電池汽車加注氫氣
，這些燃料電池汽車采用質子交換膜（PEM）技術。燃料電池動力為80kw，可在嚴寒環境下行駛。

陶氏化學公司與通用汽車公司（GM）合作

，在美國得州自由港石油化工企業建設了大型燃料電池發電係統，生產1MW電力，該燃料電池項目最終可供應35MW電力
，占陶氏化學公司該生產地所需電力的2%。可(ke)大(da)大(da)提(ti)升(sheng)氫(qing)氣(qi)的(de)利(li)用(yong)價(jia)值(zhi)。成(cheng)為(wei)迄(qi)今(jin)最(zui)大(da)的(de)商(shang)業(ye)化(hua)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)應(ying)用(yong)設(she)施(shi)。陶(tao)氏(shi)化(hua)學(xue)公(gong)司(si)從(cong)自(zi)由(you)港(gang)提(ti)供(gong)副(fu)產(chan)的(de)氫(qing)氣(qi)以(yi)驅(qu)動(dong)該(gai)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)，該(gai)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)投(tou)用(yong)減(jian)少(shao)了(le)排(pai)放(fang)汙(wu)染(ran)，並(bing)與(yu)其(qi)他(ta)能(neng)源(yuan)供(gong)應(ying)展(zhan)開(kai)競(jing)爭(zheng)。

荷蘭NedStack公司建造200Kwe（峰值）燃料電池發電模塊，用以與阿克蘇-諾貝爾堿化學品公司（鹿特丹）氯堿裝置生產相鏈結
，燃料電池耗用電解槽副產的氫氣
，並產生電力供電解裝置使用，該設施定於2005年10月投用。此概念己於2005年1月獲得驗證：燃料電池運行采用阿克蘇-諾貝爾公司中型電解裝置的氫氣
，在實際壽命條件下，發電效率達到61.8%。該PEM（質子交換膜）型燃料電池設計的連續工作時間為40000小時（不用維修），汽車應用為3000小時。NedStack公司還在設計更大的燃料電池發電模塊，可發電50MW（峰值為200MW），預計2007年建成。另外，意大利Uhdenora公司和美國Nuvera燃料電池公司開發的模塊式燃料電池係統，也可望使用氯堿裝置過剩的氫氣發電。目標是減少裝置電耗約20%。該燃料電池係統己開始進行試驗驗證。

鑒於燃料電池攜帶純氫成本高、安全性差、汽車一次補充燃料行車裏程短，且純氫貯存
、運輸比較困難，許多公司正在發展與燃料電池配套的貯氫技術。

能源轉換設備公司開發了基於氧化鎂固體的貯氫係統，該係統可在約300℃下釋放出氫氣
，這種材料的氫密度為103g/l，而液氫密度為71g/l，利用這種貯氫罐可使燃料電池汽車行駛482km。

千年電池公司也開發出基於硼氫化鈉的化學貯氫技術
，30%硼氫化鈉水溶液與催化劑接觸，可產生氫氣和硼酸鈉副產物。其貯氫密度也可與液氫密度相比擬，30%的溶液中氫密度為63g/l。

豐田汽車公司開發的“FCHV3”燃料電池汽車采用氫吸附合金供氫方式，配備鎳氫電池發動機驅動係統。該車最高時速可達150km，續馳能力在300km以上，燃料電池輸出功率高達90kw。

日本馬自達公司也推出“DEM10-FCEV”燃料電池汽車
，以氫為燃料

，在車廂後部載有8個可容納1.5m³（0℃，0.1MPa）的氫吸附合金容器，每個容器外形尺寸為540mm×70mm×110mm。最高時速可達140km，燃料電池最大輸出功率為50kw。該車每次充滿氫氣可行走170km。

殼(ke)牌(pai)氫(qing)氣(qi)公(gong)司(si)與(yu)美(mei)國(guo)能(neng)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)設(she)備(bei)公(gong)司(si)成(cheng)立(li)貯(zhu)氫(qing)係(xi)統(tong)合(he)資(zi)企(qi)業(ye)，開(kai)發(fa)固(gu)體(ti)氫(qing)化(hua)物(wu)貯(zhu)氫(qing)技(ji)術(shu)並(bing)實(shi)現(xian)商(shang)業(ye)化(hua)，車(che)載(zai)貯(zhu)氫(qing)罐(guan)提(ti)供(gong)氫(qing)燃(ran)料(liao)的(de)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)巳(si)推(tui)向(xiang)市(shi)場(chang)。

BP公司作為全球氫燃料示範項目主要參與者，在中國的首座加氫站於2006年投入運行。BP與中國簽署合作協議
，參與了中國的氫燃料汽車示範項目。2005年下半年，其氫燃料電池汽車示範運行活動首先在北京、上海兩地進行。這兩地將各采購6輛氫燃料電池公共汽車進行運行，目標是使12輛車運行裏程達到160萬公裏。目前
，BP在全球每天約生產5000噸氫
，其中包括1300噸高純度氫。未來在華落地的加氫站將是在氫能民用化
、商業化方麵的一種嚐試。早在2004年5月
，BP就在位於新加坡的一個零售加油站成功增加了加氫設備
，使得該公司成為全球首個在傳統加油站提供環保氫燃料的公司。

上海同濟大學、殼牌氫能公司和殼牌（中國）youxiangongsisanfangyiqianshuxieyi，gongtongjianzaoshanghaishouzuogudingjiaqingzhan
，weishiyongranliaodianchideqichetigongjiaqingfuwu。tongjidaxueyukepaijiangzaishanghaiguojiqichechengjianzaozhezuoxindejiaqingzhan，youshuangfanggongtongjinxingsheji、建造。維護和運營。加氫站內還設有一個有關氫能經濟的信息中心。這座加氫站將於2006年底建成，是國家科技部發展電動車的國家級項目的一部分。2006年
，上海將有10輛使用燃料電池的汽車投入運營
，並計劃於2010年增加到1000liang
，qizhongbaokuoquanqiuhuanjingjijintongguolianheguokaifajihuashuzizhudeshiyongranliaodianchidegongjiaoche。mianduiquanqiushiyouziyuanriyijinzhangdexingshi
，jianlishouzuogudingjiaqingzhanduiyushanghaishixianqingnengliyongdechangyuanmubiaoshizhongyaodeyibu。kepaizhengzaishijiefanweineichuangjianduoge“燈塔項目”的戰略，“燈塔項目”以4個或更多的加氫站為一組
，由殼牌和其他能源公司以半商業化方式運營，通過政府與企業合作
，為100多輛燃料電池汽車提供加氫服務。

2. 甲烷燃料電池

使用甲烷（天然氣）作zuo為wei燃ran料liao電dian池chi的de燃ran料liao可ke避bi免mian貯zhu氫qing和he補bu充chong氫qing燃ran料liao的de後hou勤qin問wen題ti。但dan是shi
，在zai燃ran料liao電dian池chi的de陽yang極ji直zhi接jie氧yang化hua甲jia烷wan還hai很hen困kun難nan。在zai固gu體ti氧yang化hua物wu燃ran料liao電dian池chi中zhong，如ru工gong作zuo溫wen度du超chao過guo800℃
，會發生碳質沉積物汙染電極問題，如溫度低於800℃，zehuijiangdigonglvmidu。meiguoxibeidaxuehebinxifaniyadaxuecaiyonggaijingutiyanghuawuranliaodianchixingnengdefangfa，zainiexiyangjizhongjiaruyanghuayibingchanzaeryanghuashixingchengduokongdianji

，jin650℃就能達到很高的功率密度，這樣的溫度也不會引起碳沉積問題。

利用蒸汽轉化在約500℃下由甲烷生產氫氣時，由於熱動力學平衡限製，甲烷隻能分解40%左右，若將溫度提高到1000℃以上，分解可提高到近100%，但產生大量CO₂副產品。日本東京技術研究院開發了可使甲烷完全分解而無CO₂副產品的工藝技術，該工藝在500℃以下及低於0.1MPa壓力下進行。甲烷在氧化矽載體的鎳催化劑上分解為氫氣和碳，碳形成細粉末可回收。產品氣體含氫約40%
，通過金屬氧化物，如Fe₂O₃和In₂O₃，氫可使氧化物還原為金屬。這樣，在300℃左右，用蒸汽可使金屬重新氧化得到大量純氫。它可安置在燃料電池車輛上為燃料電池提供氫氣。它不產生CO₂，與常規的甲烷轉化技術相比具有經濟上的優點。

Energexgongsikaifaletianranqimofatuodanyongyuranliaodianchidejishu。gaixitongjiangtianranqiyuchulihousongrucuihuazhuanhuaqichanshengqingqigonglinsuanranliaodianchishiyong。zaizhuanhuaqizhong，ruqingzhuanhuachengan，tahuiyusuanfanying，suoduanranliaodianchizuhekuaishouming。tuodanxitongcaiyongkongxinxianweimo，zaiyouweikongjubingxizhichengdejiegoushangtufu0.5μm厚聚矽烷

，形成氣體分離阻檔層阻止N₂
，第一套工業化裝置處理的氣體己供應給Omaha公司的四台200kw燃料電池組運行。氮的減少可使該燃料電池組壽命延長四倍，達到6年。更換燃料電池的費用為2500美元/kw，而降氮費用小於600美元/kw。天然氣的含氮量從8.5%減小到6%即可滿足用戶要求。該公司擬建的大規模係統可將粗天然氣的含氮量減小到任意的管輸規格。

3. 甲醇燃料電池

戴姆勒-克萊斯勒公司、巴斯夫公司
、BP公司、Methanex公司、Statoil公司和Xcellsis公司聯合將甲醇燃料電池汽車推向商業化，開發了以甲醇為燃料的燃料電池汽車—NECAR 5。甲醇是一種理想的液體貯氫介質，在常溫下為液體，可像汽油或柴油燃料一樣運輸、貯zhu存cun和he處chu理li。甲jia醇chun轉zhuan化hua製zhi氫qing所suo用yong的de催cui化hua劑ji為wei巴ba斯si夫fu公gong司si提ti供gong的de氧yang化hua銅tong催cui化hua劑ji和he其qi他ta金jin屬shu氧yang化hua物wu催cui化hua劑ji。在zai甲jia醇chun和he水shui混hun合he進jin入ru轉zhuan化hua器qi後hou，高gao活huo性xing的de催cui化hua劑ji可ke使shi甲jia醇chun轉zhuan化hua產chan生sheng大da量liang氫qing氣qi
，工gong作zuo溫wen度du為wei200~350℃。NECAR 5的推出，標誌著甲醇燃料電池技術向商業化邁出了重要一步。

戴姆勒-克萊斯勒公司推出的NECAR 5汽車堪稱是燃料電池技術的裏程碑。這種燃料電池動力汽車在美國已完成了3000英裏行車試驗。NECAR 5汽車於2002年5月20日ri離li開kai舊jiu金jin山shan
，穿chuan越yue了le內nei華hua達da山shan脈mai和he落luo磯ji山shan脈mai進jin入ru華hua盛sheng頓dun，這zhe一yi驗yan證zheng性xing行xing車che是shi燃ran料liao電dian池chi動dong力li汽qi車che第di一yi次ci經jing過guo各ge種zhong地di帶dai的de長chang距ju離li行xing車che，包bao括kuo長chang時shi間jian的de高gao溫wen和he氣qi溫wen超chao過guo32℃的工作環境。NECAR 5是戴姆勒-克萊斯勒公司開發的第5代燃料電池汽車
，由Ballard燃料電池驅動係統帶動，該係統包括車載甲醇轉化器，轉化器從液體甲醇抽取氫氣驅動燃料電池。汽車主體為Mercedes-Benz A級類型。在穿越美國的行車試驗中，汽車每300英裏用克萊斯勒分配器配給的甲醇補加一次燃料。甲醇由Methanex公司提供。

第一座支撐甲醇動力燃料電池汽車的甲醇加注站已在加州薩克拉門托對外營業。該站由加州燃料電池聯合體（CaFCP）運作。該站設計采用了包括瑞典Identic公司開發的加注新技術，係統包括防虹吸設施和汽車與燃料噴嘴之間的固定閉鎖器。甲醇貯存在2000加侖的雙壁罐內。現在，西薩克拉門托地區己運營8家汽車生產商生產的16台燃料電池動力車。加注站由甲醇燃料電池聯盟設計和建設。甲醇燃料電池聯盟是包括CaFCP成員：Methanex、戴姆勒-克萊斯勒
、BP和Ballard動力係統公司，與Statoil公司和巴斯夫公司組成的工業集團。

杜邦和英國的CMRranliaodianchigongsifenbiekaifagaoxingnengzhijieshijiachunranliaodianchijishu。gaixiangjishukecongranliaodianchijiudifadian，erwuxudandudezhuanhuaqijiangjiachunzhuanhuaweiqingqi。qiyishengchanchuzhijiejiachunranliaodianchideyangji，qidaxiaoweimuqianyongyubianxieshidianzishebeidebiaozhundianchide1/10，成本為1/5。這種燃料電池的工作時間，比筆記本電腦和其他電子設備中的常規電池要長4倍。而且
，該燃料電池可以用甲醇進行即時充電。CMR的新型燃料電池
，是基於一種將空氣與燃料混合的新型電池組。在此之前
，電池組依賴於空氣和燃料的完全分離。杜邦公司第4代（Gen IV）燃料電池技術是新一代膜電極組合體（MEA），可提高直接式甲醇燃料電池的性能。該MEA發電量比普通MEA提高20%，工作時間增加一倍以上
，所需催化劑大大減少。新型MEA的性能大大提高，可以使其成為更有成本效益的燃料電池係統。

韓國LG化學公司成功開發出便攜式甲醇燃料電池，2005年投入規模生產。據悉

，該燃料電池的使用壽命超過4000小時
，比其競爭對手開發的產品壽命長8倍。LG化學開發的是一種體積小的微型電池，電池的甲醇燃料容量小於1升，質量小於1千克。它易於攜帶，適用於微型電腦或為其他電子裝置供電。一個容量約200ml的甲醇燃料貯存器可供25W的微型電腦使用10個多小時，是世界上同類產品中電力輸出功率最大的係統。特別是它適用於便攜式多媒體播放
、數字多媒體播音、電話和微型電腦等一些采用USB接口供電的裝置。由於這些電子裝置對電力的要求增加，該公司打算進一步開發能產生5W－50W電力的多種燃料電池
，以拓寬其應用範圍。

索尼公司通過應用更有效的電解膜提升直接甲醇燃料電池（DMFC）功(gong)能(neng)取(qu)得(de)進(jin)展(zhan)。據(ju)悉(xi)，該(gai)電(dian)解(jie)膜(mo)是(shi)碳(tan)籠(long)烯(xi)衍(yan)生(sheng)物(wu)和(he)粘(zhan)合(he)樹(shu)脂(zhi)的(de)結(jie)合(he)物(wu)。據(ju)報(bao)道(dao)，與(yu)現(xian)有(you)的(de)電(dian)解(jie)膜(mo)比(bi)較(jiao)
，這(zhe)種(zhong)新(xin)電(dian)解(jie)膜(mo)可(ke)使(shi)甲(jia)醇(chun)滲(shen)透(tou)性(xing)減(jian)少(shao)1／5zhiyiban，congertigaoleranliaodianchidefadianliang。suoweidejiachunshentoujiushijiachuntongguodianchilingyiceyuyinjichudeyangfanyingchanshengreerbushifadian，yincihuidaozhiranliaodianchigongnengjiantui。zaishiwentiaojianxia

，caiyongzhezhongxinmodeshiyanshiDMFC模型的動力輸出密度已達100MW／cm2，這是當今世界的最高水平。

另ling據ju報bao道dao，日ri本ben可ke樂le麗li公gong司si研yan究jiu的de用yong於yu直zhi接jie甲jia醇chun燃ran料liao電dian池chi的de高gao功gong能neng烴ting基ji電dian解jie膜mo獲huo得de成cheng功gong。可ke樂le麗li采cai用yong其qi專zhuan有you的de氫qing化hua苯ben乙yi烯xi類lei彈dan性xing體ti和he納na米mi膜mo技ji術shu，可ke在zai發fa電dian時shi限xian製zhi甲jia醇chun透tou過guo量liang僅jin為wei傳chuan統tong氟fu基ji電dian解jie膜mo的de40％，從而將最大輸出功率提高了1.6倍以上。由於這種DMFC能量密度高而且裝置緊湊

，故它將是便攜式終端裝置用的下一代電力來源。

我國山東理工大學山東省清潔能源工程技術研究中心2003年初研發成功具有原始創新性和自主知識產權的直接甲醇燃料電池。該研究中心提出模擬生物酶燃料電池催化劑的思路，采用廉價、性能高的模擬生物酶代替當今燃料電池中使用的價格高、資源受限的鉑催化劑研製成這種新型燃料電池，並在實驗室發電成功。其工作原理是直接將甲醇和水的混合物送至DMFC陽極
，發生電催化氧化反應生成CO₂，並釋放出電子和質子，電子從陽極經外電路轉移至陰極形成直流電。其工作溫度範圍可從室溫到135℃。

目前世界甲醇市場供過於求，但甲醇可望成為未來環境友好的燃料電池燃料。據預測，燃料電池將為2010年甲醇需求增加70萬噸
、2015年增加850萬噸、2020年增加6000萬噸。從長期看，燃料電池工業將為甲醇工業提供巨大的發展潛力。

4. 乙醇燃料電池

美(mei)國(guo)明(ming)尼(ni)蘇(su)達(da)大(da)學(xue)開(kai)發(fa)了(le)具(ju)有(you)商(shang)業(ye)化(hua)潛(qian)力(li)的(de)反(fan)應(ying)器(qi)，該(gai)反(fan)應(ying)器(qi)可(ke)從(cong)乙(yi)醇(chun)製(zhi)取(qu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)用(yong)氫(qing)。如(ru)果(guo)被(bei)確(que)證(zheng)，這(zhe)可(ke)望(wang)首(shou)次(ci)從(cong)可(ke)再(zai)生(sheng)資(zi)源(yuan)生(sheng)產(chan)氫(qing)氣(qi)，而(er)不(bu)是(shi)從(cong)烴(ting)類(lei)或(huo)甲(jia)醇(chun)生(sheng)產(chan)氫(qing)氣(qi)。該(gai)工(gong)藝(yi)過(guo)程(cheng)對(dui)於(yu)主(zhu)要(yao)為(wei)液(ye)體(ti)燃(ran)料(liao)貯(zhu)存(cun)的(de)小(xiao)型(xing)便(bian)攜(xie)式(shi)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)
，可(ke)低(di)費(fei)用(yong)地(di)產(chan)生(sheng)氫(qing)氣(qi)。

乙醇和水在一個汽車燃料用噴射器中混合後，藉銠-二(er)氧(yang)化(hua)鈰(shi)氧(yang)化(hua)生(sheng)成(cheng)氫(qing)氣(qi)和(he)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)
，該(gai)反(fan)應(ying)是(shi)有(you)吸(xi)引(yin)力(li)的(de)，因(yin)為(wei)氫(qing)氣(qi)可(ke)從(cong)乙(yi)醇(chun)和(he)水(shui)獲(huo)取(qu)，潛(qian)在(zai)產(chan)率(lv)可(ke)望(wang)提(ti)高(gao)。該(gai)過(guo)程(cheng)在(zai)現(xian)有(you)乙(yi)醇(chun)價(jia)格(ge)下(xia)具(ju)有(you)競(jing)爭(zheng)性(xing)
，並(bing)且(qie)可(ke)望(wang)使(shi)用(yong)未(wei)經(jing)脫(tuo)水(shui)就(jiu)可(ke)用(yong)作(zuo)燃(ran)料(liao)的(de)較(jiao)廉(lian)價(jia)的(de)乙(yi)醇(chun)。

可再生資源製氫的其他方案吸引力則小得多
，從葡萄糖製取氫氣業已經驗證
，但產氫的選擇性僅50%，又需較長的反應時間。生物柴油（菜子油衍生的脂肪酸甲酯）也(ye)可(ke)望(wang)應(ying)用(yong)，但(dan)高(gao)的(de)油(you)價(jia)限(xian)製(zhi)了(le)其(qi)經(jing)濟(ji)性(xing)。在(zai)今(jin)後(hou)幾(ji)年(nian)內(nei)，乙(yi)醇(chun)生(sheng)產(chan)費(fei)用(yong)可(ke)望(wang)下(xia)降(jiang)，因(yin)為(wei)正(zheng)在(zai)致(zhi)力(li)於(yu)直(zhi)接(jie)從(cong)低(di)價(jia)值(zhi)生(sheng)物(wu)質(zhi)而(er)不(bu)是(shi)從(cong)穀(gu)物(wu)糖(tang)來(lai)生(sheng)產(chan)。

如果乙醇被用來生產氫氣而不是作為燃料被燃燒
，則整個過程效率可提高3倍。研究人員可望利用貯藏在穀物糖中的50%能量，而乙醇在汽車中燃燒
，僅能利用其能量的20%。研究人員正在改進技術以提高產氫率。乙醇製氫燃料電池的初期應用市場可望包括偏遠地區用以替代電力。

5. 汽油燃料電池

通tong用yong汽qi車che公gong司si和he豐feng田tian汽qi車che公gong司si均jun致zhi力li於yu汽qi油you燃ran料liao電dian池chi的de開kai發fa。該gai技ji術shu從cong清qing潔jie碳tan氫qing化hua合he物wu燃ran料liao的de汽qi油you中zhong製zhi取qu氫qing氣qi
，采cai用yong這zhe種zhong製zhi氫qing方fang式shi的de燃ran料liao電dian池chi優you點dian是shi采cai用yong含han硫liu少shao的de清qing潔jie燃ran料liao，可ke延yan長chang燃ran料liao電dian池chi自zi身shen壽shou命ming，並bing且qie容rong易yi維wei修xiu。由you於yu使shi用yong汽qi油you
，現xian有you的de汽qi油you加jia油you站zhan也ye能neng得de到dao充chong分fen利li用yong。同tong時shi其qi能neng量liang利li用yong效xiao率lv較jiao高gao
，內nei燃ran機ji效xiao率lv為wei15%，汽油燃料電池可高達22%~32%；排放CO₂也較少，內燃機排放CO₂為220g/km，而汽油燃料電池為110~140g/km。

通(tong)用(yong)汽(qi)車(che)公(gong)司(si)和(he)埃(ai)克(ke)森(sen)美(mei)孚(fu)公(gong)司(si)開(kai)發(fa)了(le)汽(qi)油(you)為(wei)燃(ran)料(liao)的(de)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)高(gao)效(xiao)轉(zhuan)化(hua)器(qi)
，可(ke)產(chan)生(sheng)高(gao)質(zhi)量(liang)的(de)氫(qing)氣(qi)用(yong)以(yi)驅(qu)動(dong)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)。現(xian)己(ji)完(wan)成(cheng)汽(qi)油(you)轉(zhuan)化(hua)器(qi)集(ji)成(cheng)係(xi)統(tong)的(de)驗(yan)證(zheng)，該(gai)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)組(zu)可(ke)產(chan)生(sheng)25kw動力。雪佛龍德士古公司也和通用汽車公司多年來合作研究開發汽油型燃料電池汽車。2001年8月，通用汽車公司首次推出第一台汽油燃料電池推進係統：Gen Ⅲ
，該係統已裝配在Chevrolet S-10貨運卡車上。

燃料電池所用能源的重要一環是供應超清潔燃料。使柴油和汽油中的硫減少或去除是清潔燃料研究中最嚴峻的挑戰之一
，也是美國實施“21世紀夢想”能源計劃重要的組成部分。美國能源新法規要求汽油含硫從350μg/g減小到30μg/g，柴油含硫從500μg/g減小到15μg/g
，2006年實施。法規還要求減少燃料中芳烴含量。降低燃料尤其是車用柴油和汽油中的硫含硫是很棘手的問題。

大多數煉油廠都建有催化裂化（FCC）裝置，將重質餾分轉化為石腦油和輕循環油（LCO）
，分別用以生產汽油和柴油。它們作為主要的燃料調合料含有大量硫。各種脫硫工藝可用於FCC之前、FCC之中或FCC之後去除硫。這些工藝過程需要催化劑和氫氣，在高溫和高壓下反應，噻吩環被加氫
，然後使硫成為H₂S被(bei)汽(qi)提(ti)掉(diao)。典(dian)型(xing)的(de)催(cui)化(hua)劑(ji)為(wei)含(han)少(shao)量(liang)促(cu)進(jin)劑(ji)金(jin)屬(shu)如(ru)鈷(gu)或(huo)鎳(nie)的(de)二(er)硫(liu)化(hua)鉬(mu)。要(yao)滿(man)足(zu)新(xin)的(de)燃(ran)料(liao)規(gui)範(fan)存(cun)在(zai)許(xu)多(duo)複(fu)雜(za)因(yin)素(su)，既(ji)要(yao)去(qu)除(chu)硫(liu)又(you)要(yao)保(bao)持(chi)汽(qi)油(you)必(bi)要(yao)的(de)高(gao)辛(xin)烷(wan)值(zhi)是(shi)很(hen)辣(la)手(shou)的(de)課(ke)題(ti)。

另ling一yi問wen題ti是shi隨sui著zhe成cheng品pin汽qi油you和he柴chai油you中zhong允yun許xu含han硫liu量liang的de降jiang低di
，而er可ke用yong原yuan油you平ping均jun含han硫liu量liang卻que在zai增zeng高gao


，燃ran料liao電dian池chi要yao求qiu使shi用yong更geng嚴yan格ge的de清qing潔jie燃ran料liao，液ye體ti烴ting燃ran料liao含han硫liu應ying小xiao於yu1PPb，才能避免毒害燃料加氫催化劑和燃料電池電極催化劑。

業已開發的現有技術雖可去除大量硫
，但其餘的噻吩化合物尤其是4,6-二er甲jia基ji二er苯ben並bing噻sai吩fen去qu除chu很hen困kun難nan。開kai發fa新xin型xing催cui化hua劑ji或huo工gong藝yi過guo程cheng才cai能neng有you效xiao地di去qu除chu這zhe些xie化hua合he物wu，使shi硫liu去qu除chu以yi滿man足zu未wei來lai燃ran料liao規gui範fan尤you其qi是shi柴chai油you規gui範fan的de要yao求qiu。

正在開發的清潔燃料生產技術是稱為選擇性吸附脫硫（SARS）的工藝，該工藝使用基於過渡金屬的吸附劑，負載在多孔固體載體上，如MCM-41矽gui鋁lv酸suan鹽yan分fen子zi篩shai。它ta與yu使shi噻sai吩fen催cui化hua脫tuo硫liu的de方fang法fa不bu同tong
，該gai工gong藝yi可ke在zai低di溫wen和he常chang壓ya下xia使shi硫liu選xuan擇ze性xing地di從cong金jin屬shu原yuan子zi上shang脫tuo除chu，而er需xu要yao的de不bu含han硫liu的de芳fang烴ting如ru烷wan基ji苯ben和he萘nai則ze予yu以yi通tong過guo。SARS工藝不使用氫氣，為此烯烴和其他芳烴不被加氫。氫可用於其他用途，如驅動燃料電池。該吸附劑在被飽和之前，可淨化10倍於其體積的燃料，一旦吸附劑被飽和，硫化物可用極性溶劑洗滌使之除去，吸附劑可以回用。

燃料電池用氫氣除了要低含CO外，也必須從低含硫的烴類物流製取，因為硫會毒害現有燃料電池係統所用催化劑。雖然某些來源的烴類低含硫
，如處理過的天然氣
、甲醇、天然氣合成油（GTL）和二甲醚（DME），但日本國家先進工業科學技術研究院（AIST）的研究人員認為，超低硫汽油（ULSG）也可望成為較好的氫源。根據這一理念，AIST的研究人員正在開發新的加氫處理催化劑，以用於生產超低硫汽油（ULSG）。這種催化劑由鈀-鉑合金（Pd：Pt=4：1）的納米顆粒組成，負載於不穩定的Y型分子篩上，並用鐿（Yb-USY分子篩）使之穩定。在實驗室試驗中
，進料采用含硫為60μg/g的汽油，含硫成份主要是噻吩，如苯並噻吩和其他硫化物，如硫醇、硫化物和二硫化物。使用固定床加氫處理，操作條件為280℃、液時空速（WHSV）為4~16。該催化劑的脫硫效率為98%，可使硫含量減少到0.12μg/g。最後再用吸附步驟使其硫含量減少到約20PPb
，則可使該燃料用作燃料電池的氫源。脫硫反應已連續運轉了75個小時。因為芳烴和烯烴在該反應中已基本上被飽和，因此生成的超低硫汽油（ULSG）不含硫醇，硫醇通常由H₂S和烯烴再組合才能生成。AIST研究人員正在為使該技術推向商業化繼續工作。

大多數主要的石油公司都在開發少投資的脫硫方法，以滿足新的燃料法規，這些方法包括新催化劑配方的開發
、指定反應和工藝條件
、設計新的反應器或者開發基於吸附、氧化、膜分離、生物技術或離子液體的全新的工藝

，這些方法中的有一些可望應用於煉油廠生產超清潔燃料，它們也將作為美國“21世紀夢想”能源計劃的煉油廠技術脫穎而出。

三. 我國研究開發進展

我國2leijianxingshimianmoxingqingyangranliaodianchixitongtongguolehangtianhuanjingmonishiyan。guojiayijiangzhizijiaohuanmoranliaodianchilieweizhongdiangongguanxiangmu，yidalianhuaxuewulisuoweiqiantoudanwei，zaiguoneiquanmiankaizhanlezhizijiaohuanmoranliaodianchidecailiaohedianchixitongdeyanjiu，bingzuzhuangleduotaigezhonggonglv（1kw~25kw）的電池組和電池係統，達到了電動車動力源的要求。以純氫為燃料的5kw×6=30kw質子交換膜燃料電池為動力的中巴車也試運成功。大連化物所5 kwjijiachunzirezhuanhuaqingyuanxitongyuranliaodianchiyicilianshiyequdechenggong
，jichengdezhuanhuaqingyuanxitonghezhuanhuaqiranliaodianchijishubiaozhizhewoguozaijiachunzirezhuanhuaqingyuanxitonghezhuanhuaqiranliaodianchideyanzhifangmianqudeletupoxingjinzhan。zai6個多小時的的聯試過程中

，氫源係統及燃料電池係統的工況均正常穩定

，甲醇轉化氣中CO濃度為3×10^-5左右，氫氣含量達到53%
，燃料電池輸出功率始終維持在5~5.2 kw之間。聯試結果不僅證明了燃料電池的抗CO能力很好
，而且采用燃料電池尾氣作為製氫係統的燃料氣，實現了全係統的能量平衡和優化利用。

由全球環境基金、聯合國開發計劃署和中國政府共同支持的“中國燃料電池公共汽車示範項目”
，於2003年3月啟動，曆時5年在北京和上海示範。根據兩地地域和資源特點

，設計出燃料電池公共汽車係統技術指標後
，采用全球招標的方式購置12輛liang燃ran料liao電dian池chi公gong共gong汽qi車che
，並bing建jian立li相xiang應ying加jia氫qing設she施shi。在zai示shi範fan運yun行xing中zhong，將jiang係xi統tong采cai集ji和he分fen析xi各ge種zhong試shi驗yan數shu據ju，驗yan證zheng燃ran料liao電dian池chi公gong共gong汽qi車che技ji術shu可ke行xing性xing，進jin一yi步bu改gai進jin設she計ji，降jiang低di成cheng本ben
，最zui終zhong推tui動dong燃ran料liao電dian池chi公gong共gong汽qi車che在zai中zhong國guo產chan業ye化hua和he推tui廣guang應ying用yong。

上海研製的第二代燃料電池轎車&qpos;超越二號&qpos;的台架車已通過專家組的驗收
，並試裝&qpos;桑塔納3000型&qpos;車身，整個試裝過程在2004年5月完成。&qpos;超越二號&qpos;在北京的國際氫能大會上露麵。裝載第一代燃料電池發動機的&qpos;超越一號&qpos;於2003年8月問世。據介紹，第二代燃料電池動力係統與第一代係統相比更加靈巧和有力—總重量減少到320千克，輕了100多千克，體積縮小30％以上，功率則提升了20％～25％，預計最高時速為118公裏。

由我國自主研製的燃料電池城市客車和戴姆勒—克萊斯勒公司生產的燃料電池公共汽車，於2004年5月駛上北京街頭，把參加第二屆國際氫能論壇的與會代表送達人民大會堂會場。

我國巳先期購買戴姆勒—克萊斯勒公司的3輛燃料電池公共汽車，在北京做商業化示範。