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清洁能源新未来:美国正推动 “高温质子交换膜燃料电池” 走向市场

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  碳排放是全球性大问题,世界各国都在面临的困境,如何减少碳排放则是从国家层面,到能源行业、汽车行业、交通行业等相关领域都在致力解决的问题。

  近年来,新能源技术、清洁能源技术获得了持续不断的突破。从技术层面上讲,要想减少碳排放,减少石油、煤炭等高碳排放能源的使用是行之有效的方法。但是减少石油、煤炭的使用的前提是,不影响人们正常的生产和生活。

  换言之,能源供给得跟上。新能源在这些年获得了突破性的发展,水能、风能、电能等清洁能源越来越成为能源的主流。另一个办法是开发新能源,以减少碳排放,人类在研发新能源方面有诸多努力,例如建造核电站、核反应堆等等。

  不过,在颠覆式的新能源出来之前,通过技术减少碳排放,是最有效的办法之一。从能源行业这几年的发展趋势就可以看出来,清洁能源已经是主流。从交通上说,电动汽车的流行说明新能源对交通行业带来巨大的震动:传统车企纷纷研发清洁能源汽车也就是电动汽车。

  现在电动汽车普及广泛,在公共汽车、家用轿车领域,电动汽车占比越来越高。如果说重型汽车不用汽油和天然气,而用电池,靠电池驱动,那么是不是能很大限度地减少碳排放?

  美国最近计划把高温质子交换膜(HT-PEM)推向市场可行的 HT-PEM 燃料电池,重型车辆配备了 HT-PEM 燃料电池,可以显着减少温室气体的排放。

  

  图 | 高温质子交换膜(HT-PEM)(来源:future-orient )

  为什么实验室要研发适用重型车辆的 HT-PEM 燃料电池?因为美国运输业是美国碳排放最多的企业,且贡献了全球三分之一的碳排放量。解决重型车辆的碳排放问题,就等于解决了温室气体排放的关键问题。

  而传统的 PEM 燃料电池,工作温度相对较低,电池对氢燃料杂质的耐受性较低,无法减少车辆的废气排放。

  由美国 Los Alamos 国家实验室、Brookhaven 国家实验室和国家 NREL 实验室组成的新合作伙伴关系:将在未来几年内,将氢和其他可再生燃料转化为电能的燃料电池,努力把 HT-PEM 燃料电池推向市场。

  HT-PEM 燃料电池具有革新重型运输行业的潜力:可以使船舶使用可再生甲醇、氨气运行,飞机可以使用二甲醚或氢气运行,离网发电机可以使用低碳、零碳燃料轻松运输到偏远地区。

  简单来说,除纯氢外,使用任何载氢燃料的能力,都是在减少所需基础设施在投资方面的重大突破。HT-PEM 燃料电池技术将使重型和其他难以脱碳的应用高效运行,同时使用氢气、并缓解水管理问题。

  Los Alamos 燃料电池和车辆技术项目经理 Rod Borup 表示:“随着重型运输行业寻求内燃机的更环保替代品,HT-PEM 燃料电池有望提供一种清洁、高效的替代品。该项目有望改变重型车辆高碳排放的现状,并有助于加速能源和重型运输技术的发展,从而实现清洁、零排放的能源未来。”Los Alamos 对项目的贡献是膜电极组件(MEA)。MEA 的独特之处在于,它不依赖于水作为导电介质,而是依赖于工程聚合物,该聚合物可以在更高的温度范围内可靠运行(80℃至 200℃)。

  Los Alamos 科学家 Yu Seung Kim 是汽车 HT-PEM 燃料电池项目的发起人,他告诉媒体:“在高温操作下,我们可以采用更简单的设计来制造重型卡车,这使我们可以大大减轻重量。典型的氢燃料电池系统中,最重的部分是储氢罐,重约 4000 磅,可拖运 350 英里。如果在较高的工作温度下运行燃料电池,则可以使用高能量密度的液体燃料,并且系统重量可以减少到 2500 磅。”

  Kim 团队将负责通过膜、离聚物、催化剂和气体扩散层的筛选测试,来证明 MEA 的性能和耐久性。所得的知识将转移到 NREL,以帮助开发用于 MEA 的批量生产的制造过程。

  Brookhaven 实验室负责开发氧还原反应催化剂,而 Advent 将测试并验证:在工业制造条件下,能否保持性能和耐用性?

  除此之外,并将全尺寸 MEA 组装成可在商业上使用的燃料电池组。

  该项目得到了 DOE 氢与燃料电池技术办公室的大力资助。通过 L'Innovator 试点计划,该计划目标是让氢和燃料电池技术,从 DOE 国家实验室成功走向商业市场。

  美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)实验室和相关企业合作,希望他们能如期完成计划,在未来几年内,完成 HT-PEM 燃料电池的开发,并把产品成功推向市场,以有效减少碳排放,缓解温室效应带来的困扰。目前,相关合作方正在研发 HT-PEM 燃料电池,并且为电池的商业化做准备工作。

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